Techniques et résultats exp´

Techniques et résultats exp´

Technique expérimentale

Les microcanaux

Les microcanaux utilisés dans les expériences sont fabriqués selon les techniques de lithographie molle, couramment utilisées en microfluidique (Xia & Whitesides, 1998; Quake & Scherer, 2000). Les microcanaux sont obtenus à partir d’un polymère, le polydiméthylsiloxane (PDMS). Le protocole de fabrication est détaillé dans l’annexe A.2. Techniques et résultats exp´ 14 Techniques et résultats expérimentaux a b Canal de sortie Canal d’entrée w w wo h h Fig. 2.1: Le transport de bouchons est étudié expérimentalement dans deux géométries : un microcanal droit et une bifurcation en T, constituée d’un canal d’entrée et d’un canal de sortie. Les canaux ont des sections rectangulaires. La largeur du canal droit (et du canal d’entrée) est notée w et sa hauteur h. Les dimensions du canal de sortie sont wo × h. Seul le cas complètement mouillant est étudié dans la jonction en T. Le principe en est le suivant : on verse le polymère liquide mélangé à un agent réticulant sur un moule comportant les empreintes des futurs microcanaux. Ces empreintes, qui sont des structures tridimensionnelles, sont préalablement gravées sur un disque en silicium par des procédés de photolithographie à partir de résine photosensible. Un agent réticulant, qui établit des liaisons chimiques entre les chaˆınes du polymère, est responsable de la solidification de ce dernier lors de sa cuisson dans un four. Le polymère est ensuite démoulé et des trous sont percés dans la pièce obtenue pour l’introduction ultérieure de fluides dans le microcanal. La pièce de polymère réticulé est finalement collée contre une lame de microscope en verre, sur laquelle on a étalé auparavant une fine couche de mélange polymère-réticulant. Cette précaution assure aux quatre parois du microcanal des compositions chimiques, et donc des propriétés de mouillabilité, voisines (voir Ann. A.2). On obtient une puce microfluidique illustrée sur la figure 2.2. Le PDMS étant transparent, il est possible de deviner les trous par lesquels les fluides sont introduits de l’extérieur. Les dimensions des canaux sont définies dans les étapes de conception et de fabrication du moule. La déformabilité du PDMS lui permet d’épouser les structures du moule, et les différences entre les dimensions du moule et celles des canaux sont inférieures au micron (Xia & Whitesides, 1998). La fabrication des structures en résine photosensible demande donc la plus grande précision. Les mesures de profils de ces structures, réalisées sur un profilomètre et présentées dans l’annexe A.3, montrent que la section des microcanaux est plutˆot trapézo¨ıdale. Elle peut ˆetre approchée par une section rectangulaire équivalente de largeur w et de hauteur h (voir Fig. 2.1). Typiquement, pour les microcanaux utilisés dans les expériences, h ≃ 25 − 60 µm et w ≃ 200 − 300 µm. La longueur des microcanaux est de l’ordre du centimètre.

 Les liquides

Deux types de liquide sont employés : un liquide qui mouille le PDMS en présence d’air et deux liquides qui mouillent partiellement le PDMS en présence d’air. La figure 2.3 présente des bouchons de liquides mouillant et partiellement mouillant au repos dans un microcanal en PDMS. Le liquide mouillant est un liquide fluoré, la perfluorodécaline (PFD), de formule chimique C10F18. Le liquide partiellement mouillant est de l’eau. Les propriétés de mouillage des deux liquides sont mises en évidence sur la figure 2.3 par la forme des interfaces et l’estimation de l’angle de contact à l’équilibre, θe (Chap. 1). Le liquide mouillant (Fig. 2.3- a1), qui a une affinité avec le PDMS, voit la concavité de ses interfaces orientée vers l’intérieur du bouchon. Son angle de contact est petit et on supposera que le liquide mouille complètement le PDMS, soit θe ≃ 0˚. En contraste, le liquide partiellement mouillant “fuit” le PDMS, hydrophobe en raison de la présence de groupes alkyles (Fig. 2.3-a2). La concavité des interfaces est orientée vers les sorties du microcanal et l’angle de contact est supérieur à 90˚, en accord avec les valeurs de la littérature, θe ≃ 112 − 114˚(Ginn & Steinbock, 2003; He et al., 2003).