Charges à l’interface liquide/solide : caractérisation par courants d’écoulement et application à la préconcentration de molécules biologiques dans un système micro/nanofluidique

Charges at the liquid / solid interface : characterization by streaming current and application to pre-concentration of biological molecules in a micro / nano-fluidics system

• Auteur / Autrice : Xichen Yuan
• Direction : Pascal Kleimann, Louis Renaud, Marie-Charlotte Audry-Deschamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 04/11/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Nicole Jaffrezic-Renault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Kleimann, Anne-Marie Haghiri-Gosnet, Luc Denoroy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Gamby, Corinne Déjous

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces solide-liquide

Potentiel zêta

Microfluidique

Mots clés libres

Microfluidique

Nanofluidique

Laboratoire sur puce

Interface solide/liquide

Potentiel zêta

Préconcentration

Microfluidics

Nanofluidics

Lab-on-a-chip

Solid/liquid interface

Zeta potential

Preconcentration

Résumé

Les charges à l'interface liquide/solide sont un élément originel majeur des phénomènes électrocinétiques observés en micro/nanofluidique. Elles sont donc la colonne vertébrale de mon manuscrit de thèse, qui se décompose en trois parties : Dans la première partie, un rappel des concepts de base sur les interfaces liquides/solides est proposé au lecteur. Il est suivi d'une description des différentes méthodes expérimentales permettant de mesurer le potentiel zeta de couples solide/électrolyte, puis d'une présentation des travaux de la littérature exploitant les charges aux interfaces pour la préconcentration de molécules biologiques dans des systèmes Micro-Nano-Micro (MNM) fluidiques. Ensuite, une deuxième partie est consacrée à la mesure du potentiel zeta par la méthode des courants d'écoulement. Nous y présentons l'amélioration du banc expérimental issu des travaux antérieurs à ma thèse, ainsi que le développement de nouveaux protocoles de préparation des surfaces permettant de rationaliser et de stabiliser les mesures. Une application à un détecteur original de molécules biologiques clos cette deuxième partie. Enfin, la troisième et dernière partie s'intéresse à la préconcentration de molécules biologiques. Une méthode originale de fabrication des dispositifs MNM et les résultats de préconcentration obtenus, très encourageants, sont décrits. Des premiers modèles numériques et phénoménologiques sont proposés, qui mettent en avant l'originalité de notre travail

The charges at liquid/solid interfaces are a key element for both understanding and exploiting the electrokinetic phenomena in micro/nanofluidics. The manuscript of my Ph.D thesis is dedicated to these phenomena, which is divided into three main parts: Above all, a simple overview of charges at the liquid/solid interface is proposed. Then, several common methods for measuring the zeta potential at the liquid/solid interface are described. Next, various effective methods to preconcentrate the biological molecules is presented with the help of the surface charges. Secondly, the streaming current, which is a standard method to measure the zeta potential in our laboratory, is detailed. It contains the upgrade of the experimental setup from the previous version and the development of new protocols, which improve dramatically the stabilization and the reproducibility of the measurements. In addition, an original biological sensor is briefly presented based on these advancements. Lastly, in the final part, we describe a method which is primitively utilised in the fabrication of Micro-Nano-Micro fluidic system. Based on this system, some favorable preconcentration results is obtained. Moreover, numerical simulations are presented to prove the originality of our work