23/08/2021 - Un anneau superparamagnétique permet de contrôler le mouvement de petites gouttes d'eau

Menéame

La manipulation des gouttes suscite un vif intérêt dans plusieurs domaines, y compris les applications technologiques et les études fondamentales dans les systèmes dynamiques. La communauté de Lab-on-a-chip et de microfluidique est particulièrement intéressé par la manipulation précise de petits volumes de fluides, la microfluidique de gouttes.

Une enquête menée par le Cluster microfluidique de la UPV/EHU a constaté qu'un anneau superparamagnétique se forme spontanément autour d'une goutte d'eau quand un ferrofluide à base d'huile est en contact avec la goutte sous l'influence d'un champ magnétique et varie selon l'intensité du champ magnétique appliqué.

L'anneau est constitué d'un ferrofluide à base huileuse, une suspension stable de particules ferromagnétiques dans une phase oléeuse. Il apparaît spontanément en raison de l'interaction entre l'huile et l'eau sous l'influence d'un champ magnétique. "L'interaction ferrofluide-eau ressemble à un muffin, avec l'anneau environnant seulement à la base de la goutte," explique le professeur Ikerbasque Lourdes Basabe, la directrice du cluster. L'anneau est analogue à un aimant annulaire en matière molle, "qui stabilise les gouttes sur une surface, en évitant qu'elles ne se mélangent. Et ces gouttes d'eau peuvent se déplacer avec précision en déplaçant le champ magnétique externe," ajoute-t-il.

Le professeur de l'UPV/EHU Fernando Benito López, chercheur principal du cluster, explique que " sous un champ magnétique, on peut encapsuler les gouttes d'eau avec le ferrofluide, et on peut les déplacer à distance, en déplaçant un aimant, grâce aux propriétés magnétiques du ferrofluide. Même si deux muffins ou plus sont assemblés mécaniquement, les gouttes d'eau ne se mélangent pas, parce que leurs anneaux de ferrofluide se fusionnent pour former une barrière physique isolante. En outre, comme paramagnétique, si l'aimant est enlevé, si le champ magnétique est enlevé, l'effet disparaît; c'est-à-dire une structure commutable, et ces gouttes peuvent être mélangées en éteignant le champ magnétique. De même, cet ensemble pourrait être formé au-dessus d'un substrat ou, comme un muffin suspendu, au bas d'un substrat." Il s'agit de gouttes millimétriques, qui contiennent des volumes à l'échelle de microlitres, et "par conséquent, de multiples possibilités s'ouvrent pour la gestion de si petits volumes," ajoute-t-il.

Une nouvelle approche avantageuse pour la microfluidique des gouttes de surface ouverte

Les deux chercheurs affirment que cette découverte "permet une manipulation robuste, contrôlée et programmable des gouttes d'eau enfermées. Ce travail ouvre la porte à de nouvelles applications dans la microfluidique inversée ou à surface ouverte, jette les bases de nouvelles études sur les interactions entre deux liquides immiscables et peut conduire à de nouvelles études, à une nouvelle connaissance, de l'interaction liquide-liquidaire." Ils révèlent également que l'utilisation de cet anneau pour la manipulation d'une goutte suspendue est le premier exemple de manipulation magnétique de gouttes sur une surface inversée, ouvrant ainsi la porte à de nouvelles applications.

Il s'agit d'une recherche fondamentale qui peut avoir des applications inconnues à l'heure actuelle, mais qui, pour l'instant, énumère un certain nombre de possibilités, telles que "le développement de dispositifs sensoriels pour liquides, des réactions chimiques à la microéchelle avec une petite quantité de réactifs, des analyses de cellules individuelles, la détection de substances dans les aérosols..."

Maintenant, "nous voulons savoir comment les petites peuvent devenir ces gouttes. Nous aimerions explorer le développement de nouvelles technologies microfluidiques, c'est-à-dire la manipulation de très petits volumes, ou développer les systèmes générés par ce projet, pour fabriquer des dispositifs d'analyse des fluides basés sur des propriétés magnétiques ou, au moins, exploiter ces propriétés d'une certaine manière," affirment-ils.

Les chercheurs apprécient le financement européen obtenu grâce au projet européen MAMI, "un réseau international de formation doctorat d'étudiants, constitué d'un consortium de groupes de recherche et d'entreprises multidisciplinaires de six pays, pour développer de nouvelles technologies autour de l'utilisation de matériaux magnétiques, qui nous a permis d'embaucher des personnes venant avec une très grande motivation." En outre, ils se félicitent que cette grande découverte ait été réalisée "dans un groupe de recherche jeune, ce qui démontre que l'UPV/EHU peut faire une recherche de premier niveau."

Référence bibliographique

Vahid Nasirimarekani, Fernando Benito Lopez, Lourdes Basabe Desmonts Tunable Superparamagnétic Ring (tSPRing) for Droplet Manipulation Advanced Functional Materials DOI: 10.1002/adfm.202100178

Université du Pays basque

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