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RÉSUMÉ
La nanofluidique est une miniaturisation ultime des laboratoires sur puces, et correspond au contrôle d'écoulements dans des dispositifs nanométriques. Cet article rappelle d'abord les points forts de la microfluidique, puis présente les spécificités des systèmes nanofluidiques. Leur développement est rendu possible par les progrès récents en nanofabrication, un aperçu est donné des méthodes de réalisation de nanocanaux : lithographie classique, nanostructuration par des voies alternatives, techniques de réplication. Sont ensuite exposés les phénomènes en jeu au sein de nanocanalisations, puis les premières applications avec des puces capables de réaliser des fonctions électroniques, ou de permettre la manipulation fine de biomolécules pour le diagnostic clinique. Enfin, sont données quelques perspectives qui démontrent le fort potentiel applicatif des systèmes nanofluidiques, dans des domaines aussi variés que la biologie, les nanotechnologies, ou l'optique.
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INTRODUCTION
Au cœur de l'essor de la microfluidique, les dispositifs nanofluidiques, repoussant les limites de la miniaturisation avec la manipulation de fluides à des échelles inférieures à une centaine de nanomètres, émergent. Ils constituent de bons systèmes modèles pour améliorer notre compréhension fondamentale (nano-hydrodynamique, confinement de biomolécules), mais sont aussi une source très prometteuse d'applications potentielles dans les domaines des nanotechnologies, de la chimie analytique, voire de l'optique.
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4. Applications : des promesses dans de nombreux domaines
4.1 Applications existantes de la nanofluidique
4.1.1 Exemple historique de la chromatographie par exclusion stérique
La nature donne de nombreux exemples de structures de type nanofluidique, au premier rang desquelles se trouvent les écoulements géologiques à travers l'argile ou le limon, qui sont des milieux poreux de taille respective ~ 2 nm et ~ 20 nm. Ce sont d'ailleurs les études rhéologiques sur les milieux poreux qui ont d'abord intéressé les scientifiques au XIXe siècle, et les travaux d'Henry Darcy publiés en 1857 sous le titre « Recherches expérimentales relatives au mouvement de l'eau dans les tuyaux » font encore référence. Darcy avait alors mis en évidence des observables physiques permettant de caractériser un écoulement dans un milieu poreux en fonction de ses propriétés microscopiques.
Le premier domaine d'application de la nanofluidique a certainement été la chimie analytique : les milieux poreux ont été exploités pour caractériser et purifier des polymères. En effet, les espèces chimiques, lorsqu'elles sont plus petites que la taille des pores, peuvent s'y infiltrer et donc être piégées dans ces structures. En revanche, si leur dimension est supérieure à celle des pores, elles en sont exclues (figure 8), ce qui permet de réaliser une séparation en taille. Cette technique est communément appelée chromatographie à exclusion stérique, et la matrice de séparation, qui consiste souvent en une matrice de billes de silice, peut être ajustée pour l'application visée.
En dépit de ces exemples d'application, les avancées dans le domaine de la nanofluidique ont été limitées car la compréhension des mécanismes physico-chimiques à l'œuvre dans les structures nanofluidiques naturelles s'est heurtée à la présence d'hétérogénéités à l'échelle microscopique difficilement quantifiables et contrôlables. Or, les techniques modernes de nanofabrication décrites au paragraphe 2...
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Applications : des promesses dans de nombreux domaines
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ANNEXES
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