Developpement of self-assembled composite polymers for the implementation of magnetic functions in microfluidic systems.
Développement de polymères composites auto-organisés pour la mise en oeuvre de fonctions magnétiques en microsystèmes fluidiques.
Résumé
This thesis work aims to develop Lab-On-Chip systems embedding magnetic functions. Here we report a novel, unconventional technology based on a composite polymer approach to integrate arrays of magnetic micro-traps in microsystems. The composite polymer i-PDMS, consisting in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix combined with carbonyl iron (Fe-C) particles, exhibit magnetic properties while preserving the possibility of using soft lithography. It can be covalently bonded to glass or PDMS, answering the problem of heterogeneous integration of metal-based materials in polymeric systems. Also, i-PDMS microstructure can be controlled by applying a magnetic field during its curing process. Such polyvalent material displays tunable magnetic properties according its inner organization or the concentration in magnetic powders. The manuscript starts with a presentation of the state of the art regarding magnetophoretic functions in microsystems, especially the classical fabrication process involved. A second part will be dedicated to the characterization of the i-PDMS physical and morphological properties. A theoretical model is then developed using finite element simulations to estimate the magnetic force generated by such array of micro-traps. The experimental measurements of the magnetic force using an atomic force microscope are then presented. Finally, the i-PDMS membranes performances are characterized when implemented in microfluidic devices.
Le travail présenté dans cette thèse prend place dans la dynamique de miniaturisation de systèmes microfluidiques d'analyses médicales par l'intégration de matériaux non-conventionnels. Nous démontrons ici le potentiel de matériaux composites i-PDMS, consistant en une matrice de polydimethylsiloxane (PDMS) dopée au carbonyle de fer (Fe-C). Ce mélange permet d’offrir au PDMS les propriétés ferromagnétiques du Fe-C tout en préservant ses propriétés de moulage et de microfabrication. Compatible avec les procédés technologiques habituels, le i-PDMS peut être microstructuré par l’application d’un champ magnétique pendant sa réticulation, permettant de moduler ses propriétés magnétiques. Il présente surtout l’avantage de pouvoir être collé de manière covalente sur du verre ou du PDMS, assurant une intégration parfaitement étanche et hétérogène dans des dispositifs microfluidiques. Le manuscrit présente d’abord un état de l’art des microsystèmes assurant des fonctions d’analyses biologiques, et plus particulièrement ceux utilisant la magnétophorèse comme approche active de tri, séparation et piégeage. Une seconde partie sera dédiée à la caractérisation des propriétés physiques et morphologiques du i-PDMS microstructuré. Un modèle théorique est ensuite développé par simulations par éléments finis (COMSOL®). Les forces magnétiques simulées sont comparées à des mesures par microscopie à force atomique. Enfin les performances des membranes de i-PDMS comme réseaux de micropièges magnétiques en microfluidique sont caractérisées.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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