Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - Campus de Marcoussis
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Nanotechnology and Microfluidic Devices > Microfluidique pour la séparation de molécules biologiques
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Bioanalysis

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La microfluidique repose sur le développement de dispositifs miniaturisés, qui permettent la manipulation de tous petits volumes de fluides pour réaliser des expériences de chimie et de biologie. Si le concept de « laboratoires-sur-puce » (LoC pour « lab-on-Chip ») a été proposé il y a une quinzaine d’années, il existe encore aujourd’hui peu de démonstrateurs multi-analyses, ceux-ci se limitant souvent à des dispositifs de laboratoire peu adaptés aux besoins des cliniciens. Effectuer un diagnostique immunologique, qui a pour but d’identifier les protéines clés permettant de classer la maladie (cardiovasculaire, pulmonaire, métabolique ou cancer), au sein d’un dispositif miniaturisé impose des contraintes. Le dispositif LoC doit en effet permettre : 1/ une analyse rapide en quelques minutes, 2/ multiplexe sur plusieurs biomarqueurs, 3/ sensible et fiable c’est-à-dire sans faux positif, 4/ adapté au clinicien ou suffisamment simple pour être manipulé par le patient lui-même. Enfin, ce système doit être peu coûteux et portatif pour permettre un diagnostique au plus proche du malade.

Cette action de recherche propose donc de développer des outils analytiques innovants. Contrôler parfaitement la charge de surface, présente aux interfaces solide-liquide, permet d'étudier les mécanismes électrocinétiques sous champ électrique dans un canal microfluidique. Cette charge génère un potentiel électrique non nul, à l'interface dans la double couche diffuse (EDL en anglais). Suite à l'application d'une différence de potentiel entre les deux extrémités du canal, le champ électrique transverse met en mouvement les contre-ions dans la couche diffuse, produisant un flux appellé flux électro-osmotique (EOF). Nous étudions les mécanismes de contrôle du flux EOF, pour des applications de séparation ou de pré-concentration de protéines.

Le transistor fluidique à interfaces polarisables.

Antoine Pallandre et Anne-Marie Haghiri-Gosnet (antoine.pallandre@u-psud.fr, anne-marie.haghiri-gosnet@lpn.cnrs.fr)

Le transistor fluidique à interfaces polarisables

Nous élaborons et étudions des transistors fluidiques intégrant des électrodes de grille en matériau polarisable, électrode qui peut être mise en contact direct avec l'électrolyte. Des films minces de CNx ont été choisis, car ils possèdent une gamme de polarisabilité suffisamment grande, de -2V à +2V, pour permettre un ajustement du flux EOF sans réactions faradiques parasites. Intégrées dans des dispositifs à microcanaux longs, ces électrodes permettent d'ajuster les mobilités des molécules biologiques dans une gamme de potentiel qui dépend fortement du matériau grille.

Ces travaux sont étudiés dans le cadre du projet ANR P2N DIMIPOLE (page web du projet DIMIPOLE).

Nanofluidique: ou l'électropréconcentration d'agents pathogènes à l'état de traces.

Anne-Marie Haghiri-Gosnet (anne-marie.haghiri-gosnet@lpn.cnrs.fr)

Le but de ce deuxième axe de recherche est d'étudier les effets de la charge de surface dans des nanocanaux. Lorsque la hauteur du nanocanal est voisine de l'épaisseur de la couche diffuse, la charge de surface produit un effet d'exclusion/enrichissement des ions dans les réservoirs adjacents au nanocanal. Nous avons développé un logiciel de calcul qui permet de prédire les effets d'électro-préconcentration sous champ électrique, et leur évolution avec les paramètres expérimentaux, comme la hauteur du nanocanal, la force ionique de la solution, son pH et le champ électrophorétique. Nos simulations mettent en évidence deux régimes distincts d'électro-préconcentration des deux cotés (anodique et cathodique) de la nanofente.

Récemment nous avons proposé une nouvelle méthode d'électropréconcentration, où un flux hydrodynamique est volontairement ajouté. Ce flux additionnel, qui entre dans la compétition existante entre les deux flux électroosmotique et électrophorétique, permet de choisir l'endroit où aura lieu la préconcentration. Un modèle phénoménologique (voir figure ci-dessus) permet de prédire l'évolution du profil du flux en fonction de la mobilité électrophorétique de l'analyte. Pour la fluorescéine, une pression hydrodynamique appliquée de la cathode vers l'anode permet de stabiliser le point de focalisation (CF) dans le réservoir cathodique. Pour le sérum bovin d'albumine (BSA), nous avons montré que cette focalisation peut s'obtenir dans l'un ou l'autre des deux réservoirs en fonction du sesn d'application de la pression. Cette nouvelle méthode devrait donc permettre de réaliser des séparations hautement sélectives de biomarqueurs très dilués.

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