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Actualités scientifiques


17 septembre 2018


Visualiser des microbulles de cavitation dans un liquide contenant des nanoparticules



Des chercheurs du Laboratoire Hubert Curien et de l'Institut lumière matière ont développé un dispositif qui permet de visualiser la formation et l'évolution de microbulles de cavitation dans un liquide contenant des nanoparticules. Ils ont en particulier mis en évidence un phénomène de capture des nanoparticules à l'interface gaz-liquide de la bulle. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature-Scientific Reports.

Des impulsions laser ultra-courtes peuvent engendrer la formation de microbulles dans un liquide. Ce phénomène de cavitation laser est un sujet d'études fondamentales pour les chercheurs qui travaillent sur les interactions laser-matière. Mais il a également des applications potentielles en microfluidique, en biologie, et en chirurgie (coupe de tissus à l'échelle micrométrique). C'est pourquoi deux équipes du Laboratoire Hubert Curien (CNRS, Université de Lyon, Université Jean Monnet de Saint-Etienne) et de l'Institut lumière matière (CNRS, Université de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1) se sont associées pour développer ensemble un dispositif innovant de visualisation des microbulles de cavitation. Ce système d'imagerie a permis de visualiser la formation et l'évolution de la bulle dans un liquide contenant des nanoparticules métalliques, sur des échelles de temps qui vont de la picoseconde (phase d'excitation) à la centaine de millisecondes (durée de vie de la bulle). Grâce à ce dispositif, les chercheurs ont notamment mis en évidence, pour la première fois, un phénomène de capture des nanoparticules à l'interface gaz-liquide de la bulle.

Pour obtenir des images de qualité, permettant de suivre et de localiser les nanoparticules sur plusieurs échelles de temps, le dispositif utilise deux lasers. Le premier pour engendrer la formation des bulles dans le liquide, le deuxième, un laser aléatoire mais intense de photons de faible cohérence spatiale, pour « suivre » les bulles et les nanoparticules, visualisées au microscope. Le recours à ces deux lasers permet d’obtenir des images très rapidement (un seul tir laser) et de s'affranchir des interférences (« Speckles ») qui nuisent à la qualité des images.

Le phénomène de capture des nanoparticules à l'interface de la bulle de cavitation ouvre des perspectives de manipulation des nanoparticules dans des circuits microfluidiques. L'accumulation de particules à l'interface gaz-liquide permettrait par exemple de les concentrer en vue de leur détection par un capteur. En attendant, les chercheurs veulent poursuivre cette étude afin de mieux comprendre le phénomène observé. Le rôle possible des nanoparticules dans la stabilisation de la bulle doit aussi être élucidé, en expérimentant avec des particules de morphologies et de concentrations différentes.


© CDM
© Laboratoire Hubert Curien
À gauche : Dynamique d'une microbulle générée dans un mélange d’eau/Ethylène Glycol en présence de nanoparticules d’or (200 nm de diamètre) par microscopie optique en transmission (OTM) et en contraste de phase (PCM). La largeur d’une image est de 128 µm et le délai est donné sur chaque image en nanoseconde.
À droite : image zoomée de la région de l’image PCM à 550 ns (rectangle gris). L’accumulation de nanoparticules à l’interface gaz-liquide de la bulle est clairement visible.



Références :

High fidelity visualization of multiscale dynamics of laser-induced bubbles in liquids containing gold nanoparticles.
M. K. Bhuyan, A. Soleilhac, M. Somayaji, T. E. Itina, R. Antoine and R. Stoian
Nature - Scientific Reports,  (2018)
DOI: 10.1038/s41598-018-27663-z
https://www.nature.com/articles/s41598-018-27663-z



Contacts chercheurs :

Razvan Stoian - Laboratoire Hubert Curien
Rodolphe Antoine - Institut Lumière Matière


Contact communication INSIS :
insis.communication@cnrs.fr



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