Illustration schématique du canal microfluidique (ci-dessus) et du résultat expérimental obtenu à l'aide des nanotiges (ci-dessous, à gauche) qui est en bon accord avec le résultat du calcul (ci-dessous, droit). Crédit :Universiteit van Amsterdam (UVA)
Une collaboration internationale franco-néerlandaise impliquant des chercheurs des laboratoires de Physique de la Matière Condensée et Hydrodynamique de l'Université Paris-Saclay et de l'Institut Van't Hoff des Sciences Moléculaires de l'Université d'Amsterdam a abouti à une nouvelle méthode de détermination très précise de l'écoulement des fluides. dans les réseaux capillaires en temps réel. Leur preuve de principe est publiée dans l'édition de cette semaine de Nature Nanotechnologie .
Chez HIMS Fred Brouwer, professeur de Spectroscopie et Matériaux Photoniques, en collaboration avec le technicien de recherche Michiel Hilbers, ils ont contribué à l'imagerie confocale et aux mesures de particules uniques des nanotiges. La collaboration a été soutenue par LaserLab Europe.
L'étude de l'écoulement des fluides dans les réseaux capillaires est pertinente dans de nombreux domaines. Par exemple, la détermination de la circulation sanguine dans les artères est un aspect important de l'étude de la formation de plaques dans l'athérosclérose. Bien que les simulations hydrodynamiques puissent fournir des informations importantes, des études expérimentales sont nécessaires pour une confirmation finale.
Cependant, caractériser des écoulements à l'échelle de quelques centaines de nanomètres est assez difficile. La technique actuelle de vélocimétrie par imagerie particulaire (PIV), suivi des déplacements de microsphères fluorescentes, ne peut pratiquement pas être utilisé pour l'observation locale en temps réel de systèmes dynamiques. Par ailleurs, dans le cas des gradients de vitesse (cisaillement) communs aux réseaux capillaires, Le PIV affiche des rapports signal/bruit médiocres et une faible résolution spatiale.
Dans leurs Nature Nanotechnologie papier, l'équipe de recherche franco-néerlandaise rapporte désormais l'utilisation de nanotiges plutôt que de sphères. Ils montrent que la détection instantanée de l'orientation collective des nanotiges dans un petit volume focal permet la mesure directe et le balayage rapide du taux de cisaillement local. Comme preuve de concept, ils démontrent une cartographie tomographique de la distribution du cisaillement dans un système modèle microfluidique en utilisant la microscopie confocale à balayage.
Les chercheurs ont synthétisé des nanotiges de cristaux de phosphate de lanthane (LaPO4), dopés avec des ions europium (Eu3+) luminescents. Comme des rondins d'arbres flottant sur une rivière ces nanotiges, 10 nm de diamètre et 200 nm de longueur, s'orientent progressivement dans le sens de l'écoulement. Grâce aux propriétés d'émission de lumière fortement polarisée des ions europium, leur orientation spatiale a pu être tracée au moyen de leur spectre d'émission. Ainsi, il est devenu possible d'analyser, en temps réel et avec une résolution inégalée, l'écoulement d'un fluide dans un canal microfluidique de petite taille.
Ces travaux ouvrent des perspectives prometteuses pour la compréhension fondamentale des phénomènes liés à l'écoulement d'un fluide dans des canaux complexes. Au delà de ça, ces sondes d'orientation pourraient également être utilisées en biologie, suivre in-situ des mécanismes complexes liés à la dynamique d'orientation des bio-macromolécules afin d'expliquer leurs propriétés et leurs modes d'action.
