Diélectrophorèse de nanoparticules en système microfluidique : étude par vidéo-microscopie numérique et application à l'analyse par spectroscopie optique

Résumé :

La manipulation de micro- nano- particules en solution peut être réalisée grâce aux interactions de ces objets avec des champs électromagnétiques. La lumière ou bien encore les champs électriques continus (DC) ou alternatifs (AC) peuvent être utilisés. Dans le cas d’un champ électrique non uniforme appliqué entre deux électrodes séparées par quelques micromètres, des gradients de champs très intenses et localisés sont ainsi créés. Ces gradients de champ localisés au niveau des électrodes engendre la création de mouvements de charges composant la solution (effets électro-hydrodynamique). Mais aussi des charges confinées au niveau des particules à l’interface liquide/solide. Les particules en suspension subissent alors une force attractive ou répulsive appelée diélectrophorèse.

Cette force est décrite dans la littérature pour des particules isolantes de taille supérieure à 200 nm. Dans cette étude par détection optique (videomicroscopie par champ sombre ou spectroscopie en microfluidique) la gamme de taille de particules est élargie (40-150 nm) pour étudier leurs réponses diélectrophorètique. En effet la diélectrophorèse est dépendante de la taille des particules, de son environnement et des paramètres du champ appliqué (fréquence, amplitude, topologie) La diélectrophorèse est mise en compétition avec le mouvement Brownian pour des particules d’or d’aussi petites tailles. La réponse pour des nanoparticules d’or en solution alors connue, il est envisageable de faire varier les paramètres, comme l’environnement de la particule ou bien la complexité des systèmes étudiés.

Abstract :

The manipulation of micro- nano- particles in solution can be achieved through the interactions of these objects with electromagnetic fields. Emitted light, continuous (DC) or alternating (AC) electric fields can be used. In the case of a non-uniform electric field applied between two electrodes separated by a few micrometers, very intense and localized field gradients are created. These field gradients localised close to the electrodes generates a motion of the mass solution (electro-hydrodynamic effects). The charges confined onto particles at the liquid/solid interface are also subjected to motion. Suspended particles undergo an attractive or repulsive force called dielectrophoresis.

This force is described in the literature for insulating particles larger than 200 nm. In this study optical detection was used (dark field videomicroscopy or microfluidic spectroscopy) to expand the range of particle size (40-150 nm) and to study their dielectrophoretic responses. Indeed, the dielectrophoresis is dependent on the size of particles, their environment and the parameters of the applied electric field (frequency, amplitude, topology). The dielectrophoresis is in competition with the Brownian motion of these gold nanoparticles. By, knowing the dielectrophoretic response of these particles in solution, it is possible to vary parameters, such as the suspension composition of the particles or the complexity of the systems studied.