Wettability and evaporation of sessile drops of biological fluids

• Auteur / Autrice : Wassim Bou-Zeid
• Direction : David Dominique Brutin, Jérôme Vicente
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 04/11/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Béatrice Guerrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Dominique Brutin, Jérôme Vicente, Ludovic Pauchard, Jacco H. Snoeijer, Lucas Goehring, Frederic Richard, Daniel Bonn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Pauchard, Jacco H. Snoeijer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adhésion (physique)

Sang

Colloïdes

Mots clés libres

Biocolloides

Sang humain

Adhésion

Flux capillaire

Craquelures

Biocolloids

Human blood

Adhesion

Capillary flow

Cracks

Résumé

Le processus d'étalement et d'évaporation d'une goutte de suspensions de particules sur une surface solide est très intéressant permettant la formation de motifs. Une étude expérimentale à été effectuée avec du sang total humain et avec des fluides purs dans une chambre sous atmosphère contrôlée en humidité relative. Pour des angles de contact faible, le processus d'étalement/évaporation peut être divisé en deux régimes. Un premier régime rapide gouverné par un équilibre entre les forces visqueuses et les forces capillaires et un deuxième régime plus lent dominé par la cinétique d'évaporation. Nous montrons que les bio-colloïdes jouent un rôle significatif sur la dynamique de la ligne de contact. La vitesse moyenne de la ligne de contact suit la même dynamique d'étalement que le modèle de Tanner, où le temps d'étalement et les paramètres géométriques de la goutte sont fonctions de l'humidité. Dans cette étude, nous montrons que l'humidité relative influence les paramètres géométriques de la goutte et par conséquent le motif a la fin du processus d'évaporation. Un modèle purement diffusif pur a été obtenu dont le diamètre de mouillage et l'angle de contact sont fonction de l'humidité. Pour l'analyse morphologique des motifs de craquelures, une méthode de segmentation manuelle a été utilisée comme une méthode de référence pour la validation de la méthode de segmentation automatique développée dans ''iBlood''. Par cette méthode, nous montrons que la cinétique d'évaporation influence la distribution structurelle et morphologique des cellules de forme trapézoïdale, et par conséquent, l'espacement des fractures moyenne finale.

Spreading/evaporation process of droplets over solid surfaces is a fundamental process and a wide research field because of number of applications in printing, micro-electronics, DNA analysis and even in biomedical. This experimental work aims to investigate the effect of relative humidity on the contact line dynamics, on the evaporation dynamics and on the final pattern of a drop of whole human blood. The spreading of a pure fluid model that has the same physical properties as human blood was studied and compared to the blood. We showed that bio-colloids play significant effect on the dynamics of contact line and the pinning effect of the drop. For low contact angles, we showed that the spreading/evaporation process could be divided into two regimes. A fast first regime determined by a balance between viscous forces and capillary forces and a second slower regime dominated by the evaporation rate. Physical mechanisms that are responsible for the spreading enhancement are proposed and discussed. The average velocity of the contact line was found to follow the same behaviour as Tanner's model, where the spreading dynamics and geometrical parameters of the droplet are function of relative humidity. The experimental measurements are in a good agreement with the purely diffusive model where the equilibrium wetting radius and contact angle are function of relative humidity. For the morphological analysis of crack patterns, a manual segmentation method was used as a reference for the validation of the automatic developed segmentation method. We showed that the evaporation rate influences structural distribution of plaques in the corona region and hence, the mean crack spacing.