Microfluidique sur support souple et étirable

Orateur : Soutenance de thèse de Florian PINEDA

Les matériaux élastomères hyper élastiques offrent aux domaines des capteurs, des antennes radio fréquences et des soft robots de nouvelles opportunités en termes de déformabilité. Le but de ce travail est d’étudier un matériau élastomère hyper élastique appelé Ecoflex et de l’intégrer à des systèmes microflui diques en exploitant ses caractéristiques mécaniques particulières. Dans un premier temps, les propriétés mécaniques de ce matériau ont été caractérisées par des expériences de soufflages membranaires. Par la suite des outils de modélisation mécanique basés sur le modèle phénoménologique de Mooney-Rivlin ont été étudiés et validés. Deux exemples d’applications ont été développés. Une première famille de système concerne des capteurs de grandes déformations. Ces capteurs électro fluidiques combinent les propriétés hyper élastiques de l’Ecoflex et les propriétés électriques du Galinstan qui est un métal liquide à température ambiante : une résistance électrique est formée par un canal moulé dans l’Ecoflex et rempli du liquide conducteur. Une déformation du capteur induit une modification de la géométrie du canal et donc une variation de résistance. Les caractérisations réalisées sur ces capteurs ont montré leur capacité à mesurer des étirements très importants avec un comportement réversible et sans rupture de contact électrique. Des taux d’élongation de 400 %, entrainant une variation de résistance de 800% ont ainsi été obtenus. Les résultats suivant la géométrie des capteurs sont discutés en utilisant des outils de modélisations. La deuxième famille de système concerne les laboratoires sur puce avec la fabrication de réservoirs déformables pouvant être intégrés à des composants fluidiques. Inspirés des tests de soufflage membranaire, ces réservoirs peuvent embarquer des volumes allant de quelques dizaines de microlitres à quelques millilitres de réactifs tout en ayant un encombrement minimum. L’élasticité des membranes permet de pressuriser naturellement le réservoir et une méthode simple de détection de la forme du réservoir permet de connaitre à tout moment le volume interne de celui-ci. Couplés à un système de vannes pneumatiques, ces réservoirs permettent d’injecter précisément un volume de fluide dans un réseau microfluidique. Différents exemples de composants ont été développés, allant du réservoir simple pour les caractérisations, à des cartes intégrants plusieurs réservoirs en vue d’effectuer des protocoles complexes, tel une dilution programmable ou un t est ELISA.

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