Migration latérale induite par le rail des particules à travers la co intacte

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 21775 (2022) Citer cet article

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Cet article présente une méthode guidée par rail pour appliquer un revêtement couche par couche (LbL) sur des particules dans un dispositif microfluidique. L'approche microfluidique passive permet de manipuler des suspensions de particules à enrober dans le système. La trajectoire des particules est contrôlée à l'aide de rails gravés, induisant un mouvement latéral des particules tout en gardant le flux de liquide orienté axialement (et l'interface des différents liquides) intact. La profondeur et l'angle des rails ainsi que la vitesse du liquide ont été étudiés pour déterminer une géométrie exploitable du dispositif. Une procédure de revêtement LbL discontinue a été convertie en un processus continu, démontrant que la puce peut effectuer sept étapes consécutives normalement effectuées en fonctionnement par lots, facilement extensibles à un nombre de cycles plus important. Le revêtement des particules avec deux bicouches a été confirmé par microscopie à fluorescence.

La capacité de manipuler des microparticules est cruciale pour de nombreuses applications en ingénierie, chimie, biologie et physique. Diverses applications nécessitent un traitement, un tri ou un auto-assemblage des particules. La conception de particules avancées nécessite l’utilisation de processus de dépôt afin de produire des éléments de base complexes et nanostructurés. L'une des techniques de dépôt très populaires de nos jours est la méthode d'assemblage couche par couche (LbL) 1,2 introduite par Decher et al. Cette méthode présente de nombreux avantages : sa simplicité de préparation, sa polyvalence, l'amélioration des propriétés des matériaux, le contrôle de la structure du matériau, de sa porosité, de sa robustesse, la possibilité d'appliquer des charges élevées de biomolécules dans les films3. La méthode LbL a reçu une attention considérable dans les domaines de l'ingénierie et du biomédical et est appliquée par exemple à l'administration de médicaments, à l'optique intégrée, aux capteurs et aux revêtements réduisant la friction. Dans la méthode LbL classique, des films minces sont formés par dépôt ultérieur de polyélectrolytes de charges opposées (électrolytes polymères) sur un substrat de n'importe quelle forme, ce qui donne lieu à des multicouches de polyélectrolytes. L'adsorption du film est principalement le résultat d'interactions électrostatiques se produisant entre les électrolytes polycationiques et polyanioniques. La couche peut être obtenue de plusieurs manières, par exemple par trempage, centrifugation ou pulvérisation. L'automatisation des processus LbL à l'aide de réacteurs conventionnels à grande échelle est hautement souhaitable mais difficile à mettre en œuvre. Ces procédés chronophages et discontinus nécessitent généralement des équipements encombrants et coûteux. De plus, des problèmes tels que la non-uniformité et l’agrégation des microcapsules sont souvent rencontrés, nécessitant l’application d’étapes de traitement en aval telles que la centrifugation, le lavage et la remise en suspension. En outre, la consommation de réactifs est plus élevée dans les processus par lots, ce qui peut être un facteur important lorsqu'il s'agit par exemple d'un médicament coûteux.

La manipulation des particules est essentielle dans les approches de fabrication de particules. Parmi les nombreuses techniques disponibles, les pinces optiques sont remarquablement puissantes pour manipuler des objets individuels. Les pinces optiques utilisent les forces exercées par un faisceau de lumière fortement focalisé pour piéger et déplacer des particules dont la taille varie de dizaines de nanomètres à des dizaines de micromètres et peuvent être utilisées pour organiser des assemblages planaires de particules colloïdales, mais aussi pour construire des pompes et des valves optiques constituées de particules colloïdales dans des canaux microfluidiques activées avec des pincettes optiques4,5,6. Une autre technique de manipulation des particules utilise des ondes sonores, nécessitant une densité de puissance inférieure à celle des pinces optiques. Ding et coll. développé un dispositif acoustique, basé sur des ondes acoustiques de surface stationnaires, capable de piéger et de manipuler des microparticules uniques avec un contrôle en temps réel7. Une onde stationnaire acoustique à flux continu est utilisée pour la séparation de particules dans une plage de tailles allant de dizaines de nanomètres à des dizaines de micromètres. La technologie des pinces acoustiques facilite la focalisation, la séparation, l'alignement et la configuration des particules8,9,10. Une onde acoustique de surface focalisée (FSAW) a été utilisée dans un environnement microfluidique pour produire des microcapsules avec une structure noyau-coquille11. Les particules magnétiques peuvent être manipulées dans des canaux microfluidiques grâce à l’utilisation d’un champ magnétique12,13. Le magnétisme a été utilisé en microfluidique pour l’actionnement, la manipulation et la détection. Les forces impliquées dans la micromagnétofluidique ont été largement décrites et sont généralement bien comprises14. De nombreuses applications ont été développées jusqu’à présent, avec comme exemple frappant la séparation magnétique en flux continu des particules et des cellules15. Une autre méthode active pour contrôler le mouvement des particules est la diélectrophorèse à angle incliné16. La trajectoire en zigzag des particules à travers trois flux laminaires parallèles a été réalisée au moyen de paires d'électrodes parallèles inclinées adjacentes disposées en zigzag autour du canal microfluidique . Les méthodes permettant de contrôler le mouvement des microparticules dans les dispositifs microfluidiques ont déjà été largement étudiées et rapportées17.