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Actionneurs microfluidiques à base d’hydrogels thermo-stimulables

Laboratoire Sciences et Ingénierie de la Matière Molle, (SIMM)

Adresse:ESPCI, 10 Rue Vauquelin 75005 Paris

Directeur du laboratoire : Christian Frétigny

Responsables du stage : Yvette Tran, Hubert Geisler, Patrick Tabeling

Contact : Yvette Tran

   

Projet scientifique :
 
L’idée générale du projet est d’exploiter le potentiel des actionneurs microfluidiques à base d’hydrogels thermo-stimulables. Nous avons montré qu’un gel de polymère stimulable intégré dans un canal microfluidique peut avoir une fonction de vanne qui ouvre/ferme le microcanal ou une fonction de piège réversible contrôlable par la température.

Ainsi, des micro-patterns d’hydrogels thermo-stimulables (par exemple à base de PNIPAM) de chimie bien contrôlée sont intégrés dans les microsystèmes fermés. Les gels patternés sont des réseaux chimiques de polymères greffés par liaison covalente sur la paroi de façon à assurer leur stabilité et durabilité. Les propriétés stimulables sont remarquables. Sous l’effet de la température, les films d’hydrogels gonflent et dégonflent en absorbant ou expulsant l’eau. L’effet est rapide (inférieur à la seconde), la transition abrupte (quelques degrés autour de la température de transition) et l’amplitude de déformation peut être très grande (gonflement de 400% et plus).

Nous avons montré qu’il est possible d’activer les hydrogels pour fermer/ouvrir des micro-compartiments , micro-cages de haute densité pour réaliser diverses opérations biologiques (encapsulation de cellules uniques, amplification isotherme d’ADN...). Ces actionneurs hydrogels constituent un véritable levier technologique pour la microfluidique, en termes de miniaturisation et de variété de fonctionnalités, et ce à moindre coût.

L’objectif est de développer une variété d’hydrogels greffés thermo-stimulables à propriétés LCST/UCST (Lower/Upper Critical Solution Temperature) avec des températures de transition ajustables pour optimiser l’adaptation des actionneurs hydrogels aux applications biologiques.

Le travail du stagiaire consiste à :

  • synthétiser les polymères LCST/UCST fonctionnalisés par polymérisation radicalaire
  • optimiser les procédés de dépôt pour l’élaboration de patterns d’hydrogels
  • caractériser les propriétés de gonflement et stimulables avec la température
  • intégrer les patterns d’hydrogels dans les microsystèmes

Le stage sera effectué au laboratoire de Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (SIMM) de l’ESPCI en collaboration avec le laboratoire Microfluidique, MEMS et Nanostructures (MMN) et une start-up à l’Institut Pierre-Gilles de Gennes (IPGG).
 
Ce stage pourra être poursuivi en thèse.
 
Techniques utilisées  : Polymérisation radicalaire ; Spectroscopie RMN 1H ; Chromatographie GPC ; Spin-coating ; Ellipsométrie ; Microfabrication ; Photolithographie ; Microscopie à fluorescence
 
Références
Beebe, D. J. ; Moore, J. S. ; Bauer, J. M. ; Yu, Q. ; Liu, R. H. ; Devadoss, C. ; Jo, B. H. Functional hydrogel structures for autonomous flow control inside microfluidic channels. Nature 2000, 404, 588-90.
Li, M. ; Bresson, B. ; Fretigny, C. ; Cousin, F. ; Tran, Y. Submicrometric films of surface-attached polymer networks : temperature-responsive properties. Langmuir, 2015, 31, 11516-11524.
Chollet, B. ; D’Eramo, L. ; Martwong, E. ; Li, M. ; Macron J. ; Mai, T. Q. ; Tabeling, P. ; Tran, Y. Tailoring patterns of surface-attached multiresponsive polymer networks. ACS Appl. Mat. Interfaces, 2016, 8, 24870-24879.
D’Eramo, L. ; Chollet, B. ; Leman, M. ; Martwong, E. ; Li, M. ; Geisler, H. ; Dupire, J. ; Kerdraon, M. ; Vergne, C. ; Monti, F. ; Tran, Y. ; Patrick, T. Microfluidic actuators based on temperature-responsive hydrogels. Nature Micro Nano 2017.
 
Qualités du candidat requises : goût pour les projets multidisciplinaires et collaboratifs, compétences requises en physico-chimie des polymères
 
Rémunération éventuelle du stage : oui
Possibilité de poursuivre en thèse ? oui

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