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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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Technologies de fabrication
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1. Introduction
Patrick ABGRALL est postdoctorant au Biomedical Diagnostics Institute – NCSR, Dublin.
Aurélien BANCAUD et Pierre JOSEPH sont chercheurs au Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS) au CNRS.
1.1 Retour sur la microfluidique
Le domaine de la microfluidique connaît un développement fulgurant depuis une dizaine d'années, comme en témoigne l'évolution du nombre d'articles dont le sujet contient le mot-clé « microfluidics » dans la base de données Thomson ISI Web of Knowledge : de 28 en 1998 à plus de 1 000 pour la seule année 2007. Les dispositifs associés impliquent des réseaux de canaux dont une dimension au moins est dans la gamme du micron (1-100 μm). La microfluidique désigne à la fois la science des écoulements au sein de telles canalisations (domaine scientifique), et la fabrication et l'utilisation de « puces » possédant des microcanaux (technologie et outil de recherche).
L'essor de cette discipline provient en grande partie de son rôle central dans le développement d'applications visant à rassembler sur un seul dispositif un ensemble d'analyses. C'est le concept des laboratoires sur puce, exposé dans la revue [1] et détaillé pour ses aspects touchant à la biologie dans le dossier « Les biopuces » [RE 17] (cf. [Doc. NM 250]).
HAUT DE PAGE1.1.2 Atouts des systèmes microfluidiques
La miniaturisation confère aux systèmes microfluidiques nombre d'avantages vis-à-vis de leurs homologues macroscopiques ; nous donnons ici un aperçu de ces atouts.
HAUT DE PAGE
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Introduction
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GIDROL (X.), BAGHDOYAN (S.), ROUPIOZ (Y.) - Les biopuces. - [RE 17] Recherche et Innovation (2004).
-
(2) - VIVILLE (P.), LAZZARONI (R.), LECLERE (Ph.) - (Nano)structuration douce de surface. - [RE 33] Recherche et Innovation (2005).
-
(3) - CHEN (Y.) - Nanoimpression et nanomoulage. - [NM 540] Nanotechnologies (2007).
-
(4) - FAVIER (F.) - Nanofils de palladium pour détecteurs à hydrogène. - [NM 5 600] Nanotechnologies (2007).
-
(5) - MINEA (T.) - Nanotubes de carbone. Synthèse par procédés plasma. - [NM 620] Nanotechnologies (2007).
-
(6) - MISBAH (C.) - Modeler des nano-objets dans des moules de cristal. - [NM 550] Nanotechnologies (2007).
-
...
ANNEXES
STONE (H.A.), STROOCK (A.D.), AJDARI (A.) - Engineering flows in small devices : Microfluidics toward a lab-on-a-chip. - Annual Review of Fluid Mechanics, 36, p. 381-411 (2004).
MIJATOVIC (D.), EIJKEL (J.C.T.), VAN DEN BERG (A.) - Technologies for nanofluidic systems : top-down vs. bottom-up – a review. - Lab on a Chip, 5(5) , p. 492-500 (2005).
PERRY (J.L.), KANDLIKAR (S.G.) - Review of fabrication of nanochannels for single phase liquid flow. - Microfluidics and Nanofluidics, 2(3), p. 185-193 (2006).
ABGRALL (P.), NGUYEN (N.T.) - Nanofluidic devices and their applications. - Analytical Chemistry, 80(7), p. 2326-2341 (2008).
HANEVELD (J.) et al - Wet anisotropic etching for fluidic 1D nanochannels. - Journal of Micromechanics and Microengineering, 13(4), p. S62-S66 (2003).
HAN (J.), CRAIGHEAD (H.G.) - Entropic trapping and sieving of long DNA molecules in a nanofluidic channel. - Journal of Vaccum Science & Technology a-Vacuum Surfaces and Films, 17(4), p. 2142-2147 (1999).
KUTCHOUKOV (V.G.) et al - Fabrication of nanofluidic devices using glass-to-glass anodic bonding. - Sensors and Actuators a-Physical, 114(2-3), p. 521-527 (2004).
SCHOCH (R.B.), RENAUD (P.) - Ion transport through nanoslits dominated by the effective surface charge. - Applied Physics Letters, 86(25) (2005).
MAO (P.), HAN (J.Y.) - Fabrication and characterization of 20 nm planar nanofluidic channels by glass-glass and glass-silicon bonding. - Lab on a Chip, 5(8), p. 837-844 (2005).
CHENG (G.J.), PIRZADA (D.), DUTTA (P.) - Design and fabrication of a hybrid nanofluidic channel. - Journal of Microlithography Microfabrication and Microsystems, 4(1) (2005).
KARNIK (R.) et al - Electrostatic control of ions and molecules in nanofluidic transistors. - Nano Letters, 5, p. 943-948 (2005).
YASIN (S.), HASKO (D.G.), AHMED (H.) - Fabrication of < 5 nm width lines in poly(methylmethacrylate) resist using a water : isopropyl alcohol developer and ultrasonically-assisted development. - Applied Physics Letters, 78(18),...
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