Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La nanofluidique est une miniaturisation ultime des laboratoires sur puces, et correspond au contrôle d'écoulements dans des dispositifs nanométriques. Cet article rappelle d'abord les points forts de la microfluidique, puis présente les spécificités des systèmes nanofluidiques. Leur développement est rendu possible par les progrès récents en nanofabrication, un aperçu est donné des méthodes de réalisation de nanocanaux : lithographie classique, nanostructuration par des voies alternatives, techniques de réplication. Sont ensuite exposés les phénomènes en jeu au sein de nanocanalisations, puis les premières applications avec des puces capables de réaliser des fonctions électroniques, ou de permettre la manipulation fine de biomolécules pour le diagnostic clinique. Enfin, sont données quelques perspectives qui démontrent le fort potentiel applicatif des systèmes nanofluidiques, dans des domaines aussi variés que la biologie, les nanotechnologies, ou l'optique.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Nanofluidics consists of the ultimate miniaturization of labs-on-a-chip and flow control inside nanometric devices. This article firstly outlines the key features of microfluidics, and proceeds to a presentaion of the specificities of nanofluidic systems. Recent progress in nanofabrication has allowed for their development and this article provides an overview of nanochannel fabrication techniques such as standard lithography, nanostructuration through alternative approaches and replication techniques. The phenomena at stake inside nanochannels are then presented as well as the first applications in fluidic electronics or in nano-manipulation of biomolecules for clinical diagnosis. Finally, a few perspectives are provided in order to demonstrate the strong applicative potential of nanofluidics in various sectors such as biology, nanotechnologies or optics.
Auteur(s)
INTRODUCTION
Au cœur de l'essor de la microfluidique, les dispositifs nanofluidiques, repoussant les limites de la miniaturisation avec la manipulation de fluides à des échelles inférieures à une centaine de nanomètres, émergent. Ils constituent de bons systèmes modèles pour améliorer notre compréhension fondamentale (nano-hydrodynamique, confinement de biomolécules), mais sont aussi une source très prometteuse d'applications potentielles dans les domaines des nanotechnologies, de la chimie analytique, voire de l'optique.
L'expertise technique et scientifique de référence
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Innovation > Nanosciences et nanotechnologies > Nanosciences : concepts, simulation et caractérisation > Systèmes nanofluidiques. Technologies et applications > Phénomènes en jeu
Cet article fait partie de l’offre
Nanosciences et nanotechnologies
(151 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Applications : des promesses dans de nombreux domaines3. Phénomènes en jeu
3.1 Transport hydrodynamique en nanocanaux
Les écoulements de fluides en microfluidique ont déjà des particularités par rapport à ceux au sein de systèmes non miniaturisés : les écoulements y sont laminaires, les rapports surface/volume importants, les transferts de chaleurs rapides. Le passage à des nanocanaux amplifie ces effets, et amène également des questions et des phénomènes nouveaux : les lois macroscopiques de l'hydrodynamique sont-elles valables dans un canal d'une vingtaine de nanomètres de profondeur ? Deux classes d'expériences peuvent fournir des éléments de réponse.
Les écoulements sont laminaires en nanofluidique, puisque le nombre de Reynolds Re = ρhν /η (ρ est la masse volumique du fluide), qui dépend linéairement de la taille des canaux, est petit devant l'unité. Il n'y a donc pas de turbulence, et les écoulements sont dominés par les forces visqueuses (régime de Poiseuille).
3.1.1 Remplissage de canaux par capillarité
La première expérience nanofluidique est le remplissage spontané d'un canal. La capillarité, responsable de l'invasion du liquide, traduit l'excès d'énergie des molécules liquides placées en surface, qui ont un nombre de molécules voisines plus faible qu'en volume. Ces phénomènes sont quantifiés par la tension superficielle du fluide γ, qui représente son énergie par unité de surface.
Pour un couple liquide/solide, il faut ajouter l'angle de contact q, angle de repos d'une goutte de liquide de petite taille posée sur le solide. q peut être vu comme caractérisant l'affinité du liquide avec le solide : pour de l'eau par exemple, un solide est hydrophile si q est proche de 0 (on parle de mouillage total), hydrophobe si q dépasse 90o .
De tels effets, surfaciques par essence, sont exaltés lors de la réduction des échelles et deviennent capitaux en nanofluidique: pour un système de taille typique h, le rapport surface-volume varie comme 1/h.
Pour un canal macroscopique de hauteur h, et de largeur grande devant h, l'hydrodynamique prédit un remplissage par capillarité au cours du temps t selon la loi suivante :
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Nanosciences et nanotechnologies
(151 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Phénomènes en jeu
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GIDROL (X.), BAGHDOYAN (S.), ROUPIOZ (Y.) - Les biopuces. - [RE 17] Recherche et Innovation (2004).
-
(2) - VIVILLE (P.), LAZZARONI (R.), LECLERE (Ph.) - (Nano)structuration douce de surface. - [RE 33] Recherche et Innovation (2005).
-
(3) - CHEN (Y.) - Nanoimpression et nanomoulage. - [NM 540] Nanotechnologies (2007).
-
(4) - FAVIER (F.) - Nanofils de palladium pour détecteurs à hydrogène. - [NM 5 600] Nanotechnologies (2007).
-
(5) - MINEA (T.) - Nanotubes de carbone. Synthèse par procédés plasma. - [NM 620] Nanotechnologies (2007).
-
(6) - MISBAH (C.) - Modeler des nano-objets dans des moules de cristal. - [NM 550] Nanotechnologies (2007).
-
...
ANNEXES
STONE (H.A.) - STROOCK (A.D.) - AJDARI (A.) - Engineering flows in small devices : Microfluidics toward a lab-on-a-chip. - Annual Review of Fluid Mechanics, 36, p. 381-411 (2004).
MIJATOVIC (D.) - EIJKEL (J.C.T.) - VAN DEN BERG (A.) - Technologies for nanofluidic systems : top-down vs. bottom-up – a review. - Lab on a Chip, 5(5) , p. 492-500 (2005).
PERRY (J.L.) - KANDLIKAR (S.G.) - Review of fabrication of nanochannels for single phase liquid flow. - Microfluidics and Nanofluidics, 2(3), p. 185-193 (2006).
ABGRALL (P.) - NGUYEN (N.T.) - Nanofluidic devices and their applications. - Analytical Chemistry, 80(7), p. 2326-2341 (2008).
HANEVELD (J.) et al - Wet anisotropic etching for fluidic 1D nanochannels. - Journal of Micromechanics and Microengineering, 13(4), p. S62-S66 (2003).
HAN (J.) - CRAIGHEAD (H.G.) - Entropic trapping and sieving of long DNA molecules in a nanofluidic channel. - Journal of Vaccum Science & Technology a-Vacuum Surfaces and Films, 17(4), p. 2142-2147 (1999).
KUTCHOUKOV (V.G.) et al - Fabrication of nanofluidic devices using glass-to-glass anodic bonding. - Sensors and Actuators a-Physical, 114(2-3), p. 521-527 (2004).
SCHOCH (R.B.) - RENAUD (P.) - Ion transport through nanoslits dominated by the effective surface charge. - Applied Physics Letters, 86(25) (2005).
MAO (P.) - HAN (J.Y.) - Fabrication and characterization of 20 nm planar nanofluidic channels by glass-glass and glass-silicon bonding. - Lab on a Chip, 5(8), p. 837-844 (2005).
CHENG (G.J.) - PIRZADA (D.) - DUTTA (P.) - Design and fabrication of a hybrid nanofluidic channel. - Journal of Microlithography Microfabrication and Microsystems, 4(1) (2005).
KARNIK (R.) et al - Electrostatic control of ions and molecules in nanofluidic transistors. - Nano Letters, 5, p. 943-948 (2005).
YASIN (S.) - HASKO (D.G.) - AHMED (H.) - Fabrication of < 5 nm width lines in poly(methylmethacrylate) resist using a water : isopropyl alcohol developer and ultrasonically-assisted development. - Applied...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Nanosciences et nanotechnologies
(151 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
