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RÉSUMÉ
Les microparticules de polymère présentant une anisotropie de forme, de composition ou de fonctionnalités représentent une nouvelle classe de matériaux aux propriétés distinctes de leurs homologues isotropes. Elles sont avantageusement produites par des méthodes microfluidiques sous écoulement assurant une parfaite reproductibilité de leurs caractéristiques dont de leur taille. Dans cet article, sont ainsi présentées et commentées les méthodes microfluidiques utilisées pour obtenir des microfibres, des microparticules cœur-écorce, Janus ou de forme variées (ellipsoïdes, discoïdes, cubiques, cylindriques, etc.).
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Lire l’articleAuteur(s)
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Wasif RAZZAQ : Doctorant - Université de Strasbourg, CNRS, Institut Charles Sadron UPR 22, F-67000 Strasbourg, France
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Christophe SERRA : Professeur - Université de Strasbourg, CNRS, Institut Charles Sadron UPR 22, F-67000 Strasbourg, France
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Delphine CHAN-SENG : Chargée de recherche au CNRS - Université de Strasbourg, CNRS, Institut Charles Sadron UPR 22, F-67000 Strasbourg, France
INTRODUCTION
Les microparticules polymères présentant des anisotropies de composition, de forme et de fonctionnalité sont des systèmes très attrayants en vertu des propriétés qu’ils présentent eu égard à leurs homologues isotropes. À titre d’exemples :
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pour la composition, des particules anisotropes possédant différents compartiments, contenant des particules (organiques ou inorganiques) de plus faibles dimensions ou bien des molécules différentes, peuvent être utilisées dans une large gamme d’applications telles que la vectorisation et la libération contrôlée de principes actifs, les systèmes catalytiques, les capteurs, la purification de l’eau, l’affichage digital, les matériaux de structure, etc. ;
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pour la forme, la compacité maximale de particules non sphériques est supérieure à celle de particules sphériques, comparativement à ces dernières l'anisotropie de forme engendre des propriétés électriques, magnétiques, optiques et hydrodynamiques différentes ;
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pour la fonctionnalité, des particules présentant une répartition différentiée de fonctionnalités en leur surface tels que des groupements fonctionnels peuvent présenter une propension à l’autoassemblage et engendrer ainsi de nouvelles propriétés.
Toutefois, la préparation conventionnelle de telles particules anisotropes nécessite la mise en œuvre de procédés très particuliers, souvent discontinus, compliqués, multi-étapes et n'engendrant que peu de reproductibilité.
Cet article de revue ambitionne de faire un état de l’art des récents développements utilisant les techniques en flux continu basées sur l’emploi de systèmes microfluidiques pour la fabrication de microparticules de polymère anisotropes dont les microfibres ; et de mentionner leurs applications les plus remarquables.
Une microparticule est une particule dont la longueur caractéristique (généralement le diamètre) est comprise entre quelques dizaines et plusieurs centaines de micromètres.
Une particule anisotrope est une particule présentant une répartition non uniforme de molécules en surface ou en volume ou présentant un rapport de forme supérieur à 1, c'est-à-dire différant d’une sphère.
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2. Microfluidique à gouttes
2.1 Classification des dispositifs microfluidiques selon la force appliquée
La technologie microfluidique à base de gouttelettes peut être classée en deux grandes catégories selon que la méthode utilisée soit active ou passive.
Dans les dispositifs microfluidiques passifs, l’écoulement d’une phase dispersée au sein d’une phase continue immiscible mobile provoque spontanément la formation d’une gouttelette qui résulte de la compétition entre les forces de cisaillement imposées par l’écoulement de la phase continue et des forces interfaciales . En fonction de la géométrie du dispositif microfluidique (demi-cercle supérieur de la figure 1, de gauche à droite), cinq régimes de formation de gouttelettes sont distingués :
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le pincement ;
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le goutte-à-goutte ;
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le courant instable de Rayleigh-Plateau ;
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le jet et la scission multiple.
Parmi ces cinq régimes, ceux de goutte à goutte et de jet sont les plus considérés en raison de leur meilleure stabilité et de leur capacité à générer des gouttelettes monodisperses en taille dont le coefficient de variation est inférieur à 5 %.
Le coefficient de variation (CV) est le rapport entre l’écart-type de la distribution en taille des gouttelettes et la valeur moyenne. Il est coutume de nommer une population de gouttelettes comme monodisperse quand le CV est inférieur à 5 %.
Les dispositifs microfluidiques actifs sont basés sur une modification du rapport des forces à l’interface des deux fluides (cisaillement et interfaciale) ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COURBARON (A.-C.), CAYRE (O.J.), PAUNOV (V.N.) - A novel gel deformation technique for fabrication of ellipsoidal and discoidal polymeric microparticles. - Chem. Commun., vol. p. 628-630 (2007).
-
(2) - HO (C.C.), KELLER (A.), ODELL (J.A.), OTTEWILL (R.H.) - Preparation of monodisperse ellipsoidal polystyrene particles. - Colloid Polym. Sci., vol. 271, p. 469-479 (1993).
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(3) - ROLLAND (J.P.), MAYNOR (B.W.), EULISS (L.E.), EXNER (A.E.), DENISON (G.M.), DESIMONE (J.M.) - Direct fabrication and harvesting of monodisperse, shape-specific nanobiomaterials. - J. Am. Chem. Soc., vol. 127, p. 10096-10100 (2005).
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(5) - KIM (J.-W.), LARSEN (R.J.), WEITZ (D.A.) - Synthesis of nonspherical colloidal particles with anisotropic properties. - J. Am. Chem. Soc., vol. 128, p. 14374-14377 (2006).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Composants pour montages microfluidiques
IDEX Health & Science
Capillaires en silice fondue
Molex
Distributeurs
Postnova
CIL – Cluzeau Info Labo
Interchim
Jasco France
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Groupement de recherche de synthèse en flux – GDR CNRS Synth_Flux 2053
Groupe français d’études et d’applications des polymères (GFP)
Société...
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