En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Microfluidique : des microgouttes générées par la lumière

 

Une nouvelle stratégie de production de gouttes d’une taille d’environ 50 µm grâce à la lumière vient d’être mise au point par des chercheurs de l’unité P.A.S.T.E.U.R. (1)  (CNRS / Ecole Normale Supérieure de Paris / Université Pierre et Marie Curie). En introduisant une molécule photosensible dans la phase aqueuse d’un mélange eau-huile, la lumière permet de fragmenter immédiatement l’écoulement des 2 phases (eau/huile) : la phase aqueuse se structure en une succession contrôlée de microgouttes. Ouvrant de nouvelles perspectives dans le domaine émergeant de la microfluidique, ce résultat est publié dans la revue Lab on a Chip et fait l’objet de la couverture du numéro d’août 2011.

 

La microfluidique est l’ensemble des technologies étudiant les systèmes qui manipulent des petits volumes de fluides en utilisant des canaux dont l’une des dimensions est de l’ordre de la dizaine de micromètres. Elle étudie le comportement de fluides simples ou complexes, mono ou multiphasiques, dans ces canaux micrométriques. Développée depuis la fin des années 90, ce domaine émergeant offre de nouveau champs d’étude aux physiciens, chimistes et biologiste avec des applications novatrices comme des dispositifs d’analyse miniatures à haute sensibilité, des microréacteurs chimiques ou des systèmes de manipulation de cellules…

La microfluidique permet en particulier de produire des émulsions(*) dont la taille et la composition des microgouttes sont finement contrôlées par les débits des deux phases non miscibles mises en contact. A débits fixés, les méthodes pour contrôler la taille des microgouttes nécessitait jusqu’ici de modifier le dispositif au préalable, par exemple en y intégrant des microélectrodes ou des vannes de pression. L’équipe parisienne de chimistes propose d’utiliser maintenant la lumière pour provoquer la production de microgouttes.

Il existe en effet des molécules tensioactives(**) dont la queue hydrophobe peut s’isomériser en fonction de la longueur d’onde de l’éclairement et voir sa polarité(***) augmenter (éclairement Ultra-Violet) ou diminuer (éclairement bleu) : c’est cette variation de la polarité de la molécule qui va induire la formation de la goutte et permettre d’en maitriser les caractéristiques.

Au départ, la phase aqueuse est composée d’eau et de molécules tensio-actives. Sans lumière (U.V.), on constate un écoulement de deux phases continues (écoulement dit laminaire : voir photo). En éclairant avec la lumière U.V., on diminue l’affinité de cette phase aqueuse (eau + tensioactif) pour la surface du microcanal dans lequel a lieu l’écoulement. Lorsque cette affinité devient trop faible, une transition est observée de façon quasi instantanée, entre le régime initialement laminaire continu (« tube ») et un régime dans lequel l’eau est fragmentée pour former des gouttes. L’arrêt de l’éclairement UV provoque un retour immédiat au régime d’écoulement continu. En diminuant la surface d’éclairement, il a de plus été démontré que le lieu de cette transition « tube-goutte » peut être choisi arbitrairement le long du canal.

Cette stratégie inédite de fragmentation photoinduite d’un écoulement microfluidique en microgouttes offre de nouvelles perspectives pour la génération sélective d’émulsions et l’encapsulation à la demande d’objets biologiques (cellules, fragments d’ADN etc…) pour qu’ils puissent ensuite être soumis à des analyses.

 

(1) P.A.S.T.E.U.R : Processus d'Activation Sélectif par Transfert d'Energie Uni-électronique ou Radiatif (CNRS / Ecole Normale Supérieure de Paris / Université Pierre et Marie Curie) est hébergé au sein du département chimie de l’Ecole normale supérieure de Paris.

 

(*) Une émulsion est un mélange, macroscopiquement homogène mais microscopiquement hétérogène, de deux substances liquides non miscibles comme l’eau et l’huile.

 

(**)Les composés tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux parties de polarité différente, l'une hydrophobe (qui retient les matières grasses) et apolaire, l'autre hydrophile (miscible dans l'eau) et polaire.

 

(***)La polarité d'une molécule est due à la répartition des charges dans l'espace. Plus les charges sont réparties de façon asymétrique, plus une molécule sera polaire, et a contrario, si les charges sont réparties de façon totalement symétrique, elle sera apolaire, c'est-à-dire non polaire.

Transition réversible induite par illumination UV entre un écoulement microfluidique laminaire continu et un régime de production de microgouttes.

© Damien Baigl

 

Référence

Antoine Diguet, Hao Li, Nicolas Queyriaux, Yong Chen and Damien Baigl
Photoreversible fragmentation of a liquid interface for micro-droplet generation by light actuation
Lab Chip 2011, 11, 2666-2669.

 

Contact chercheur 

Damien Baigl,  Professeur à l'UPMC
UMR 8640 PASTEUR, Département de Chimie, Ecole Normale Supérieure
Courriel  : damien.baigl@ens.fr
Tél : 01 44 32 24 05
Site web: http://www.baigllab.com/
  

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

21 octobre 2011

Les actualités d'autres laboratoires