Etude de l’interaction d’une goutte avec une surface microtexturée : application au positionnement de microparticules

Study of the interaction between a droplet and a microtextured surface : application with microparticle positioning

• Auteur / Autrice : Damien Debuisson
• Direction : Vincent Senez, Steve Arscott
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 15/09/2011
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photolithographie

Biopuces

Cellules

Manipulation

Particules (matière)

Angle de contact

Évaporation

Gouttes

Microfluidique

Mots clés libres

Nanoélectrodes

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le contexte du développement d’outils microfluidiques intégrables pour un laboratoire sur puce. L’objectif est de pourvoir opérer des mesures impédancemétriques locales sur des cellules vivantes isolées. Pour cela, deux opérations sont à mener : 1) Isoler et immobiliser une cellule unique et 2) réaliser une nano-sonde pour la mesure sur la cellule. La première opération peut s’opérer à l’aide d’outils microfluidiques. La seconde à l’aide des outils de réalisation microtechnologiques.Nous présentons tout d’abord dans ce manuscrit une étude théorique et expérimentale de l’hystérésis de l’angle de contact apparent d’une goutte sur une surface microtexturée par photolithographie. Nous introduisons une solution innovante et simple consistant en une résolution géométrique, avec une ligne tangente. Nous étudions ensuite le comportement d’une microgoutte s’évaporant sur différentes surfaces texturées par photolithographie. La compréhension des mécanismes physiques ainsi acquise permet de concevoir des outils passifs de manipulation et de positionnement de particules de la taille d’une cellule biologique (entre 10 et 20 µm de diamètre) en suspension dans la goutte. Enfin, nous présentons la réalisation d’un capteur couplé à l’outil de manipulation constituant un dispositif complet de placement et de caractérisation électrique de particules micrométriques.

This work is in the context of the development of microfluidic tools for integration into lab-on-chip systems. The aim is to perform local impedance measurements on biological single cells. For this, two main operations have to be studied: 1) Isolate and trap a single cell, and 2) realise a nano probe for the cell measurement. The first operation can be performed with microfluidic tools. The second operation can be performed with microtechnology tools. We first present a theoretical and applied study of the apparent contact angle hysteresis of a droplet on a surface microtextured with photolithography. We introduce an innovating and simple geometric approach that involves a tangent line solution. Next, we study the behaviour of a droplet evaporating on various surfaces microtextured with photolithography. An understanding of the physical mechanisms leads to the conception of passive tools that allows manipulation and positioning of microparticles of a cell size (between 10 and 20 µm diameter) in suspension in a droplet. Finally, we present the fabrication of a sensor enclosed with the manipulation tool, which forms a finished device for microparticles placement and electrical characterisation.