Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Concevoir un dispositif microfluidique pour la chimie implique la prise en compte des propriétés du ou des matériaux, la stratégie de gestion des fluides dans les microcanaux, l’hydrodynamique fixée par la géométrie des canaux et la physico-chimie des fluides. Après avoir décrit les phénomènes physico-chimiques et hydrodynamiques qu’il convient de connaître et de maîtriser pour mettre au point des méthodes de traitement d’échantillon, les différentes briques élémentaires appartenant à la boite à outils des systèmes microfluidiques sont présentées afin d’aider le concepteur de procédés à utiliser cette technologie de la façon la plus judicieuse.
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Designing a microfluidic device involves to consider the properties of the materials, the management of fluids inside the microchannels, the hydrodynamics phenomenun set by channels’ geometry and the physical chemistry of fluids. After describing the physicochemical and hydrodynamic phenomena to know and tune in order to develop methods of sample processing, the different building blocks belonging to the microfluidics’ toolbox are presented to help the process designer to exploit these compounds in the wisest way.
Auteur(s)
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Clarisse MARIET : Ingénieur chercheur - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France
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Laurent VIO : Ingénieur chercheur - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France
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Christine DALMAZZONE : Ingénieur de recherche - Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées, - IFP Énergies nouvelles (IFPEN), Rueil-Malmaison, France
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Marie MARSIGLIA : Ingénieur de recherche - Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées, - IFP Énergies nouvelles (IFPEN), Rueil-Malmaison, France
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Axel VANSTEENE : Doctorant - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France
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Emmanuel MIGNARD : Chargé de recherche - CNRS, Université de Bordeaux, Solvay, LOF, UMR 5258, Pessac, France
INTRODUCTION
L’article [CHV 2 225], auquel le lecteur est invité à se reporter, expose les avantages et les inconvénients des laboratoires sur puce puis dresse l’état de l’art des microsystèmes développés spécifiquement pour des applications à la chimie séparative élémentaires (sels, métaux et radionucléides), pour les caractérisations chimiques et physico-chimiques des processus ainsi que pour l’intensification et l’accélération de la recherche et développement.
Le choix d’un dispositif microfluidique pour la chimie implique la prise en compte préalable de certaines contraintes comme le choix du ou des matériaux pour la conception des dispositifs et la gestion des fluides dans les microcanaux : compatibilité chimique, mouillabilité préférentielle aux parois, perte de charge, temps de mélange et de séjour, gestion d’une fraction solide (intégration d’un lit fixe ou écoulement d’une suspension par exemple), etc. C’est pourquoi le présent article est centré sur la description des phénomènes physico-chimiques et hydrodynamiques qu’il convient de connaître et de maîtriser pour mettre au point des méthodes de traitements d’échantillons telles que les techniques électrocinétiques, chromatographiques ou d’extraction liquide-liquide. Dans un second temps, les différentes briques élémentaires appartenant à la boite à outils des systèmes microfluidiques seront exposées afin d’aider le concepteur de procédés à les utiliser de la façon la plus judicieuse. Des exemples de procédés automatisés pour les besoins de l’industrie pétrolière seront présentés.
Voir aussi les articles [NM 6 020] et [NM 250] du traité Innovation – Nanosciences et nanotechnologies, et [IN 214] et [BM 7 970] du traité Mécanique – Travail des matériaux – Assemblage.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
isotachophoresis | liquid-liquid extraction | solid phase separation | segmented flow
DOI (Digital Object Identifier)
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Glossaire
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3. Conclusion
L’élaboration d’un microsystème implique des étapes de conception, dimensionnement et de fabrication de systèmes de tailles très réduites. Ces deux étapes nécessitent la prise en compte des réactifs manipulés, de la technique de caractérisation, des opérations unitaires à combiner sur le laboratoire sur puce, de la connexion avec l’échelle macroscopique. Le choix du matériau est réalisé en considérant non seulement la compatibilité avec les réactifs mais aussi la transparence du matériau, sa tenue à la pression et la méthode de microfabrication adaptée.
Ces remarques, quoique généralistes, montrent bien le caractère pluridisciplinaire que doivent posséder les concepteurs de microsystèmes pour réaliser de tels composants : chimiste, ingénieur matériau, électronicien… Par ailleurs, de façon à optimiser le dimensionnement des fonctions intégrées et à accélérer le prototypage des compétences en modélisation sont nécessaires. Une fois le microsystème développé, des compétences d’électronicien, programmeurs sont indispensables afin d’automatiser son pilotage.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ZHUANG (Z.), MITRA (I.), HUSSEIN (A.), NOVOTNY (M.V.), MECHREF (Y.), JACOBSON (S.C.) - Microchip electrophoresis of N-glycans on serpentine separation channels with asymmetrically tapered turns. - Electrophoresis 32, p. 246-253 (2011).
-
(2) - BODOR (R.), MADAJOVA (V.), KANIANSKY (D.), MASAR (M.), JOHNCK (M.), STANISLAWSKI (B.) - Isotachophoresis and isotachophoresis – zone electrophoresis separations of inorganic anions present in water samples on a planar chip with column-coupling separation channels and conductivity detection. - J. Chromatogr. A 916, p. 155-165 (2001).
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(3) - BLAS (M.), DELAUNAY (N.), ROCCA (J.-L.) - Electrokinetic-based injection modes for separative microsystems. - Electrophoresis 29, p. 20-32 (2008).
-
(4) - LIN (J.Y.), FU (L-M), YANG (R-J) - Numerical simulation of electrokinetic focusing in microfluidic chips. - J. Micromech. Microeng. 12, p. 955-961 (2002).
-
(5) - FU (L.M.), YANG (R.J.), LEE (G.B.), PAN (Y.P.) - Multiple injection techniques for microfluidic sample handling. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
[Logiciel] Solidworks
HAUT DE PAGE
Journal Lab-on-a-Chip
http://www.pubs.rsc.org/en/journals/journalissues/lc
Klearia
Micralyne
Micronit
http://www.goodfellow-ceramics.com
https://topas.com/sites/default/files/files/optical_e.pdf
https://www.newsanyway.com/2018/01/15/tailor-made-microreactor-chemical-synthesis/
http://www2.dupont.com/Teflon_Industrial/en_US/tech_info/techinfo_compare.html.
...
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