Cette image montre le piège microfluidique 2-D. (a) Ceci est une micrographie optique d'un dispositif de manipulation microfluidique. Les particules individuelles sont confinées à un emplacement prédéterminé à l'intérieur de la jonction de deux microcanaux perpendiculaires (région de piégeage). Deux vannes à membrane sur puce (noires) positionnées au-dessus d'un canal d'entrée et d'un canal de sortie sont utilisées comme vannes de dosage pour contrôler les débits relatifs à travers les canaux opposés (rouge), manipulant et piégeant ainsi les particules à la jonction des microcanaux. (b) Ceci est un schéma de piégeage de particules 2-D. Deux flux laminaires opposés se rencontrent à l'intersection de deux microcanaux perpendiculaires, créer un champ de flux bien défini contenant un point de stagnation où un objet est piégé. (c) Le dispositif de manipulation microfluidique se compose d'une lamelle de verre et d'une dalle PDMS contenant les microcanaux et les valves. Crédit :Réimprimé avec la permission 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, Université de l'Illinois
(Phys.org) —Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont développé une nouvelle méthode basée sur le flux pour manipuler et confiner des particules individuelles dans une solution libre, un processus qui aidera à relever les défis actuels auxquels sont confrontés les nanoscientifiques et les ingénieurs.
"Cette méthode est un outil unique en son genre pour la manipulation et le piégeage de petites nanoparticules en solution, " a expliqué Charles M. Schroeder, professeur adjoint au Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Illinois. « L'utilisation d'un écoulement de fluide dans un dispositif microfluidique signifie que l'électricité, magnétique, optique, ou les champs de force acoustique ne sont pas nécessaires."
La nouvelle méthode et les recherches pour la développer ont été publiées dans le numéro de mai 2013 de Lettres nano , dans un article intitulé "Manipulation and Confinement of Single Particles Using Fluid Flow, " rédigé par Schroeder et le chercheur postdoctoral Melikhan Tanyeri.
Aujourd'hui, la manipulation à petite échelle de petites particules reste un défi majeur dans le domaine. Les méthodes actuelles de piégeage des particules reposent principalement sur l'électrocinétique, magnétique, ou champs de force optique, qui peuvent ne pas être compatibles avec des biomolécules ou des systèmes biologiques.
Ensemble, Schroeder et Tanyeri ont développé un "piège microfluidique" capable de manipuler des particules en 2D en utilisant la seule action du flux de fluide.
Schroeder et les chercheurs démontrent plusieurs caractéristiques uniques du piège microfluidique, y compris la manipulation en 2D de particules aussi petites que 500 nanomètres dans l'eau, avec une précision de positionnement de seulement 180 nanomètres environ, piégeage de particules aussi petites que 100 nanomètres, et un contrôle actif des conditions de solution d'une particule piégée. Tout cela est réalisé avec un simple dispositif microfluidique basé sur PDMS sans avoir besoin d'instruments complexes pour le piégeage optique ou la génération de champ électrique.
Cette image montre la micromanipulation 2-D de particules uniques à l'aide d'un écoulement de fluide. (a) Il s'agit d'un exemple de trajectoire d'une seule particule manipulée en deux dimensions à l'aide du piège. Une trajectoire prédéterminée a été programmée pour épeler la lettre "C". (b) Cela montre le contrôle dynamique du milieu environnant d'une particule piégée. Une seule bille de polystyrène enduite de fluorescéine est piégée, et le milieu environnant est périodiquement échangé d'une manière préprogrammée entre des solutions tampons à pH élevé et à faible pH. L'intensité de l'émission de fluorescence du colorant sensible au pH fluctue lorsque le milieu environnant change, démontrant l'efficacité de l'échange de tampon dans le piège. Crédit :Adapté avec permission 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, Université de l'Illinois
"Le piège microfluidique fournit une méthode fondamentalement nouvelle pour le piégeage et l'analyse de particules uniques ou de molécules uniques, compléter les techniques existantes, " a déclaré Schroeder. "Notre nouvelle technologie trouvera une utilisation omniprésente dans des domaines interdisciplinaires tels que la nanoscience, la science des matériaux, fluides complexes, matières douces, microbiologie, et biologie moléculaire."
Schroeder et Tanyeri ont déclaré qu'ils ont désormais la capacité de piéger une gamme de tailles de particules.
"Contrairement aux méthodes existantes telles que les pièges optiques ou magnétiques classiques, le piège microfluidique permettra de piéger de minuscules nanoparticules, moins de 30 nanomètres en solution libre, " a déclaré Tanyeri.
Avec le contrôle de position précis des nanoparticules individuelles en solution libre, les scientifiques pourront explorer de nouvelles technologies, de l'ingénierie moléculaire à l'assemblage ascendant de nanostructures.
« L'assemblage dirigé par fluide peut encore améliorer la lithographie existante, auto-assemblage, et des approches de modélisation de surface pour la fabrication de matériaux et de dispositifs fonctionnels à l'échelle nanométrique, " a déclaré Tanyeri. " Il s'agit d'une avancée technologique clé qui aidera à résoudre les problèmes de nanoscience et d'ingénierie qui sont inaccessibles aux méthodes actuelles, tels que l'assemblage dirigé et le modelage de matériaux souples."
