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34 results on '"Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE)"'

1. Hybrid vesicles from lipids and block copolymers: phase behavior from the micro-to the nano-scale

Author

Anne-Françoise Mingotaud, Christophe Mingotaud, Pierre Joseph, Chiara Magnani, Debora Berti, Clément Roux, G. Mangiapia, Costanza Montis, Barbara Lonetti, Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Università degli Studi di Firenze = University of Florence (UniFI), Forschungszentrum Jülich GmbH | Centre de recherche de Juliers, Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association, IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), This work has been carried out in the framework of the ANR Polytransflow (13-BS09-0015). This work was partly supported by LAAS-CNRS micro and nanotechnologies platform member of the French RENATECH network. We acknowledge funding from CNRS PICS program 'Microfluidics for Soft Matter', Jülich Centre for Neutron Science and Maier-Leibnitz Zentrum are fully acknowledged for provision of beam time. Technische Universität München is acknowledged for support of travel expenses. CM acknowledges ANR Polytransflow (13-BS09-0015) for funding, BL and PJ would like to thank Prof. Piero Baglioni for the scientifically stimulating stay at CSGI- Florence, CM and DB are grateful to CSGI for financial support and to Prof. Piero Baglioni for fruitful discussions., ANR-13-BS09-0015,Polytransflow,Transfert de nanovecteurs polymères, de l'écoulement sanguin aux tumeurs(2013), Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique ( IMRCP ), Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Università degli Studi di Firenze [Firenze], Forschungszentrum Jülich GmbH, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement ( LAAS-MILE ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), ANR-13-BS09-0015,Polytransflow,Transfert de nanovecteurs polymères, de l'écoulement sanguin aux tumeurs ( 2013 ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Università degli Studi di Firenze = University of Florence [Firenze] (UNIFI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
liposomes, [PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, 1,2-Dipalmitoylphosphatidylcholine, Light, Polymers, surfactant, polymer, microfluidics, Polyenes, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Polyethylene Glycols, Colloid and Surface Chemistry, Microscopy, Electron, Transmission, Dynamic light scattering, Scattering, Radiation, Physical and Theoretical Chemistry, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Nanoscopic scale, Unilamellar Liposomes, chemistry.chemical_classification, Microscopy, Confocal, Vesicle, GUVs, Surfaces and Interfaces, General Medicine, Polymer, self-assembly, 021001 nanoscience & nanotechnology, Small-angle neutron scattering, 0104 chemical sciences, [ CHIM.POLY ] Chemical Sciences/Polymers, [CHIM.POLY]Chemical Sciences/Polymers, chemistry, Chemical engineering, Transmission electron microscopy, polymersomes, Polymersome, ddc:540, Nanoparticles, [ PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN ] Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Self-assembly, 0210 nano-technology, Biotechnology
Abstract

International audience; In recent years, there has been a growing interest in the formation of copolymers-lipids hybrid self-assemblies, which allow combining and improving the main features of pure lipids-based and copolymer-based systems known for their potential applications in the biomedical field. In this contribution we investigate the self-assembly behavior of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) mixed with poly(butadiene-b-ethyleneoxide) (PBD-PEO), both at the micro- and at the nano-length scale. Epifluorescence microscopy and Laser Scanning Confocal microscopy are employed to characterize the morphology of micron-sized hybrid vesicles. The presence of fluid-like inhomogeneities in their membrane has been evidenced in all the investigated range of compositions. Furthermore, a microfluidic set-up characterizes the mechanical properties of the prepared assemblies by measuring their deformation upon flow: hybrids with low lipid content behave like pure polymer vesicles, whereas objects mainly composed of lipids show more variability from one vesicle to the other. Finally, the structure of the nanosized assemblies is characterized through a combination of Dynamic Light Scattering, Small Angle Neutron Scattering and Transmission Electron Microscopy. A vesicles-to-wormlike transition has been evidenced due to the intimate mixing of DPPC and PBD-PEO at the nanoscale. Combining experimental results at the micron and at the nanoscale improves the fundamental understanding on the phase behavior of copolymer-lipid hybrid assemblies, which is a necessary prerequisite to tailor efficient copolymer-lipid hybrid devices.

Published
2018
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2. Simple Synthetic Molecular Hydrogels from Self- Assembling Alkylgalactonamides as Scaffold for 3D Neuronal Cell Growth

Author

Laurence Vaysse, Laurent Malaquin, Sandrine Souleille, Anaïs Chalard, Juliette Fitremann, Isabelle Loubinoux, Pierre Joseph, Barbara Lonetti, Jean-Christophe Sol, Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Toulouse Neuro Imaging Center (ToNIC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant (LAAS-ELIA), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse (CHU Toulouse), Stéphanie Bosch and Brice Ronsin (confocal microscopy, plateforme d'imagerie CBI-LITC constitutive de TRI (Toulouse Réseau d'Imagerie)), Bruno Payré, Isabelle Fourquaux, Dominique Goudounèche (TEM and cryo-TEM, Centre de Microscopie Electronique Appliquée à la Biologie, CMEAB), Xavier Dollat (LAAS), Delphine Bordignon (IMRCP), Pierre Roblin (SAXS, Fermat Federation, Toulouse), The French National Research Agency (ANR Neuraxe) is greatly acknowledged for A.C grant financial and financial support. The European Union is acknowledged for its financial support for equipment (FEDER-35477: 'Nano-objets pour la biotechnologie')., ANR-15-CE07-0007,NEURAXE,Gels supramoléculaires orientés pour le guidage de cellules souches neurales(2015), Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique ( IMRCP ), Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement ( LAAS-MILE ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Toulouse Neuro Imaging Center ( ToNIC ), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Hôpital Purpan - Centre Hospitalier Universitaire (CHU) de Toulouse-Université Toulouse III - Paul Sabatier, Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant ( LAAS-ELIA ), Service Instrumentation Conception Caractérisation ( LAAS-I2C ), CHU Toulouse [Toulouse], ANR-15-CE07-0007,Neuraxe,Oriented supramolecular gels as a guide for neural stem cells, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Hôpital Purpan [Toulouse], and CHU Toulouse [Toulouse]-CHU Toulouse [Toulouse]

Subjects
Scaffold, Materials science, Neurogenesis, Cell Culture Techniques, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, law.invention, adult human neural stem cells, 3D cell culture, supramolecular gel, Confocal microscopy, law, [ CHIM.OTHE ] Chemical Sciences/Other, Neurites, Humans, General Materials Science, Neurons, Tissue Scaffolds, Cell growth, biomaterial, Cell Differentiation, Hydrogels, self-assembly, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, neuron, 0104 chemical sciences, LMWG, Cell culture, [ CHIM.MATE ] Chemical Sciences/Material chemistry, Neural tissue regeneration, Self-healing hydrogels, Biophysics, Stem cell, 0210 nano-technology, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other, hNSC
Abstract

This document is the Accepted Manuscript version of a Published Work that appeared in final form in ACS Appl. Mater. Interfaces, copyright ©American Chemical Society after peer review and technical editing by the publisher. To access the final edited and published work see https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01365.; International audience; In this work, we demonstrated that the hydrogel obtained from a very simple and single synthetic molecule, N-heptyl-galactonamide was a suitable scaffold for the growth of neuronal cells in 3D. We evidenced by confocal microscopy the presence of the cells into the gel up to a depth of around 200 µm, demonstrating that the latter was permissive to cell growth and enabled a true 3D colonization and organization. It also supported successfully the differentiation of adult human neuronal stem cells (hNSCs) into both glial and neuronal cells and the development of a really dense neurofilament network. So the gel appears to be a good candidate for neural tissue regeneration. In contrast with other molecular gels described for cell culture, the molecule can be obtained at the gram scale by a one-step reaction. The resulting gel is very soft, a quality in accordance with the aim of growing neuronal cells, that requires low modulus substrates similar to the brain. But because of its fragility, specific procedures had to be implemented for its preparation and for cell labeling and confocal microscopy observations. Notably, the implementation of a controlled slow cooling of the gel solution was needed to get a very soft but nevertheless cohesive gel. In these conditions, very wide straight and long micrometric fibers were formed, held together by a second network of flexible narrower nanometric fibers. The two kinds of fibers guided the neurite and glial cell growth in a different way. We also underlined the importance of a tiny difference in the molecular structure on the gel performances: parent molecules, differing by a one-carbon increment in the alkyl chain length, N-hexyl-galactonamide and N-octyl-galactonamide, were not as good as N-heptyl-galactonamide. Their differences were analysed in terms of gel fibers morphology, mechanical properties, solubility, chain parity and cell growth.

Published
2018
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3. Transport of nano-objects in narrow channels: influence of Brownian diffusion, confinement and particle nature

Author

Anne-Françoise Mingotaud, Pierre Joseph, Olivier Liot, Juliette Thiéry, Léo Garcia, Marius Socol, Agathe Figarol, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Institut de pharmacologie et de biologie structurale (IPBS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Fédération FERMaT, University of Toulouse (Project NEMESIS)ANR-13-BS09-0015 - Polytransflow, NEMESIS, Polytransflow, ANR-13-BS09-0015,Polytransflow,Transfert de nanovecteurs polymères, de l'écoulement sanguin aux tumeurs(2013), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement ( LAAS-MILE ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts ( FERMAT ), Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique ( IMRCP ), Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de pharmacologie et de biologie structurale ( IPBS ), and ANR-13-BS09-0015,Polytransflow,Transfert de nanovecteurs polymères, de l'écoulement sanguin aux tumeurs ( 2013 )

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Work (thermodynamics), Materials science, Microfluidics, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, Condensed Matter - Soft Condensed Matter, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, colloidal transport, 0103 physical sciences, Nano, Shear stress, General Materials Science, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Brownian motion, Brownian diffusion, Advection, Fluid Dynamics (physics.flu-dyn), Mechanics, Physics - Fluid Dynamics, capsule-shaped particles, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, polymersomes, Polymersome, Soft Condensed Matter (cond-mat.soft), Particle, [ PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN ] Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology
Abstract

This paper presents experimental results about transport of dilute suspensions of nano-objects in silicon-glass micrometric and sub-micrometric channels. Two kinds of objects are used: solid, rigid latex beads and spherical capsule-shaped, soft polymersomes. They are tracked using fluorescence microscopy. Three parameters are studied: confinement (ratio between particle diameter and channel depth), Brownian diffusion and particle nature. The aim of this work is to understand how these different parameters affect the transport of suspensions in narrow channels and to understand the different mechanisms at play. Concerning the solid beads we observe the appearance of two regimes, one where the experimental mean velocity is close to the expected one and another where this velocity is lower. This is directly related to a competition between confinement, Brownian diffusion and advection. These two regimes are shown to be linked to the homogeneity of particles distribution in the channel depth, which we experimentally deduce from velocity distributions. This inhomogeneity appears during the entrance process into the sub-micrometric channels, as for hydrodynamic separation or deterministic lateral displacement. Concerning the nature of the particles we observed a shift of transition towards the second regime likely due to the relationships between shear stress and polymersomes mechanical properties which could reduce the inhomogeneity imposed by the geometry of our device., 16 pages, 15 figures

Published
2018
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4. Osmotic Flow through Fully Permeable Nanochannels

Author

Choongyeop Lee, Anne-Laure Biance, Lydéric Bocquet, Pierre Joseph, Cécile Cottin-Bizonne, Christophe Ybert, Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement ( LAAS-MILE ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures ( LPMCN ), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Korea Aerospace University, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
Convection, chemistry.chemical_classification, Osmosis, Materials science, Water flow, Flow (psychology), Optical Imaging, General Physics and Astronomy, Polymer, Electrolyte, PACS numbers: 47.61.Fg, 82.39.Wj, 47.57.jd, Volumetric flow rate, Nanostructures, Diffusion, Kinetics, Membrane, chemistry, Models, Chemical, Chemical physics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ PHYS.COND ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Fluorescent Dyes
Abstract

International audience; Osmosis across membranes is intrinsically associated with the concept of semipermeability. Here, however, we demonstrate that osmotic flow can be generated by solute gradients across nonselective, fully permeable nanochannels. Using a fluorescence imaging technique, we are able to measure the water flow rate inside single nanochannels to an unprecedented sensitivity of femtoliters per minute flow rates. Our results indicate the onset of a convective liquid motion under salinity gradients, from the higher to lower electrolyte concentration, which is attributed to diffusio-osmotic transport. To our knowledge, this is the first experimental evidence and quantitative investigation of this subtle interfacially driven transport, which need to be accounted for in nanoscale dynamics. Finally, diffusio-osmotic transport under a neutral polymer gradient is also demonstrated. The experiments highlight the entropic depletion of polymers that occurs at the nanochannel surface, resulting in convective flow in the opposite direction to that seen for electrolytes.

Published
2014
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5. Wet spinning of a library of carbohydrate low molecular weight gels

Author

Christophe Coudret, Delphine Bordignon, Laurent Malaquin, Pierre Joseph, Juliette Fitremann, Pierre Roblin, Anaïs Chalard, Barbara Lonetti, Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Laboratoire de Génie Chimique (LGC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)

Subjects
Materials science, Supramolecular chemistry, Carbohydrates, Biocompatible Materials, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Biomaterials, Colloid and Surface Chemistry, molecular gel, Molecule, Spinning, Alkyl, chemistry.chemical_classification, injectable, saccharide, Biomaterial, Hydrogels, self-assembly, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, LMWG, Molecular Weight, chemistry, Chemical engineering, Self-healing hydrogels, Printing, Three-Dimensional, aldonamide, Self-assembly, 0210 nano-technology, wet spinning, Linker, supramolecular
Abstract

International audience; Hypothesis Recently, a low molecular weight hydrogel based on a carbohydrate alkyl amide has been successfully used as biomaterial for neuron cell culture and for 3D printing. Varying the molecular structure should make it possible to extend the library of carbohydrate low molecular weight hydrogels available for these applications and to improve their performances. Experiments Thirteen molecules easy to synthetize and designed to be potentially biocompatible were prepared. They are based on gluconamide, glucoheptonamide, galactonamide, glucamide, aliphatic chains and glycine. Their gelation in water was investigated in thermal conditions and wet spinning conditions, namely by dimethylsulfoxide-water exchange under injection. Findings Nine molecules give hydrogels in thermal conditions. By wet spinning, six molecules selfassemble fast enough, within few seconds, to form continous hydrogel filaments. Therefore, the method enables to shape by injection these mechanically fragile hydrogels, notably in the perspective of 3D printing. Depending on the molecular structure, persistent or soluble gel filaments are obtained. The microstructures are varied, featuring entangled ribbons, platelets or particles. In thermal gelation, molecules with a symmetrical polar head (galacto, glucoheptono) give flat ribbons and molecules with an asymmetrical polar head (gluco) give helical ribbons. The introduction of an extra glycine linker disturbs this trend.

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2021
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6. Microwell Array Based Opto‐Electrochemical Detections Revealing Co‐Adaptation of Rheological Properties and Oxygen Metabolism in Budding Yeast

Author

Pierre Temple-Boyer, Adrian Laborde, Emmanuel Suraniti, Morgan Delarue, Camille Colin, Venkata Suresh Vajrala, Jérôme Launay, Baptiste Alric, Stéphane Arbault, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Institut des Sciences Moléculaires (ISM), Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), ANR-17-CE11-0041,MITOCARD,Electrophysiologie de la Mitochondrie Cardiaque(2017), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
In situ, Materials science, [SDV.BIO]Life Sciences [q-bio]/Biotechnology, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Saccharomyces cerevisiae, Biomedical Engineering, oxygen sensing, Nanoparticle, S. cerevisiae, 02 engineering and technology, General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology, Biomaterials, 03 medical and health sciences, Wafer, Electrodes, microrheology, 030304 developmental biology, 0303 health sciences, biology, 021001 nanoscience & nanotechnology, biology.organism_classification, Yeast, Oxygen, electrochemistry, Saccharomycetales, Electrode, Biophysics, Cyclic voltammetry, Rheology, 0210 nano-technology, Nanoring
Abstract

International audience; Microdevices composed of microwell arrays integrating nanoelectrodes (OptoElecWell) are developed to achieve dual high‐resolution optical and electrochemical detections on single Saccharomyces cerevisiae yeast cells. Each array consists of 1.6 × 105 microwells measuring 8 µm in diameter and 5 µm height, with a platinum nanoring electrode for in situ electrochemistry, all integrated on a transparent thin wafer for further high‐resolution live‐cell imaging. After optimizing the filling rate, 32% of cells are effectively trapped within microwells. This allows to analyse S. cerevisiae metabolism associated with basal respiration while simultaneously measuring optically other cellular parameters. In this study, the impact of glucose concentration on respiration and intracellular rheology is focused. It is found that while the oxygen uptake rate decreases with increasing glucose concentration, diffusion of tracer nanoparticles increases. The OptoElecWell‐based respiration methodology provides similar results compared to the commercial gold‐standard Seahorse XF analyzer, while using 20 times fewer biological samples, paving the way to achieve single cell metabolomics. In addition, it facilitates an optical route to monitor the contents within single cells. The proposed device, in combination with the dual detection analysis, opens up new avenues for measuring cellular metabolism, and relating it to cellular physiological indicators at single cell level.

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2021
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7. micro-RNA 21 detection with a limit of 2 pM in 1 min using a size-accordable concentration module operated by electrohydrodynamic actuation

Author

Pierre Cordelier, Bayan Chami, Thierry Leichle, Christophe Dez, Rémi Malbec, Jean Cacheux, Inga Tijunelyte, Aurélien Bancaud, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Recherches en Cancérologie de Toulouse (CRCT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-16-CE18-0028,MicroLAS,µ-Laboratoire d'Analyse et de Séparation des chromosomes : développement d'un outil pour le typage rapide des bactéries, levures et cellules de mammifères(2016), ANR-16-ASTR-0020,BIOPULSE,Dispositif de détection biologique ultrasensible de pathogènes prélevés par air pulsé.(2016), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire de Biologie Moléculaire et Cellulaire des Eucaryotes (LBMCE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de biologie physico-chimique (IBPC (FR_550)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Georgia Tech Lorraine [Metz], Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Ecole Supérieure d'Electricité - SUPELEC (FRANCE)-Georgia Institute of Technology [Atlanta]-CentraleSupélec-Ecole Nationale Supérieure des Arts et Metiers Metz-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), School of Electrical and Computer Engineering - Georgia Insitute of Technology (ECE GeorgiaTech), and Georgia Institute of Technology [Atlanta]

Subjects
Materials science, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Microfluidics, Biomedical Engineering, Biophysics, Biosensing Techniques, 02 engineering and technology, Electrohydrodynamic migration, 01 natural sciences, Fluorescence spectroscopy, Fine needle biopsy, [SPI]Engineering Sciences [physics], Microfluidic channel, Electrochemistry, RNA/DNA concentration, Humans, fine needle biopsy, Detection limit, Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction, 010401 analytical chemistry, General Medicine, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, MicroRNAs, RNA, Electrohydrodynamics, miR-21, 0210 nano-technology, Biotechnology, Biomedical engineering
Abstract

International audience; We present a fluorimetry-based technology for micro-RNA-21 (miR-21) sensing based on the concentration of miR-molecular beacon (MB) complexes and flushing of unbound MB. This concentration module consists of a microfluidic channel with the shape of a funnel operated with electrohydrodynamic actuation. We report a limit of detection of 2 pM in less than one minute for miR-21 alone, and then demonstrate that miR-21 levels measured in fine needle biopsy samples from patients with pancreatic cancer correlate with the reference technique of reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Altogether, this technology has promising clinical performances for the follow-up of patients with cancer.

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2021
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8. Experimental determination and modeling of flow curves of xanthan gum solutions over a large range of shear rates

Author

Thanina Amiar, Alain Riaublanc, Catherine Loisel, Julian Sepulveda, Agnès Montillet, Hubert Ranchon, Dominique Della Valle, Matrices Aliments Procédés Propriétés Structure - Sensoriel (GEPEA-MAPS2), Laboratoire de génie des procédés - environnement - agroalimentaire (GEPEA), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut Universitaire de Technologie - Nantes (IUT Nantes), Université de Nantes (UN)-Institut Universitaire de Technologie Saint-Nazaire (IUT Saint-Nazaire), Université de Nantes (UN)-Institut Universitaire de Technologie - La Roche-sur-Yon (IUT La Roche-sur-Yon), Université de Nantes (UN)-Ecole Nationale Vétérinaire, Agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique (ONIRIS)-Université Bretagne Loire (UBL)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Ecole Nationale Vétérinaire, Agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique (ONIRIS)-Université Bretagne Loire (UBL), Ecole Nationale Vétérinaire, Agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique (ONIRIS), Formulaction, Toulouse, France, Unité de recherche sur les Biopolymères, Interactions Assemblages (BIA), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), The regional program 'Food for Tomorrow/Cap Aliment, Research, Education and Innovation in Pays de la Loire', which is supported by theFrench Region Pays de la Loire and the European Regional Development Fund (FEDER)., Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)

Subjects
Materials science, Flow (psychology), shearthinning, 02 engineering and technology, Large range, 01 natural sciences, polymer rheology, Physics::Fluid Dynamics, viscosity modeling, xanthangum, [SDV.IDA]Life Sciences [q-bio]/Food engineering, medicine, shear thinning, General Materials Science, Composite material, highshearrates, Materials of engineering and construction. Mechanics of materials, Shear thinning, high shear rates, xanthan gum, 010401 analytical chemistry, Polymerrheology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, Shear (sheet metal), [CHIM.POLY]Chemical Sciences/Polymers, TA401-492, 0210 nano-technology, Xanthan gum, medicine.drug
Abstract

The viscosities of solutions formulated with xanthan gum and xanthan gum with whey protein isolates are experimentally characterized and modeled over a wide range of shear rates [10−3to 105s−1]. As shown by numerous studies [1, 2], the generation of vortices in the cone-plate geometry is making viscosity measurements beyond a certain shear rate unreliable. In the present work, an innovative technique, based on microfluidics and developed by the company Formulaction, has been employed to extend to high shear rates, the viscosity flow curve obtained with a rotational rheometer. The main highlights of this study are firstly, to propose a scaling law for the inertial transition in the cone-plate geometry for different diameters and angles through the determination of the maximum shear rate at which one can expect a true viscosity value. Secondly, the high shear rate measurements allow the determination of the second Newtonian plateau for these solutions thanks to the Williams-Carreau model. An attempt for the second plateau modeling is proposed following the concept of an intrinsic viscosity in the high shear equilibrium. In the same way, other fitted parameters from the Williams-Carreau law are modeled as a function of the polymer concentration. This procedure allows to provide a predictive model for the rheological behavior of xanthan gum-based solutions used in high shear processes like high pressure homogenization, emulsification, foaming, microfluidics, etc in food, pharmaceutical or cosmetics applications.

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2021
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9. Microstructure of the near-wall layer of filtration-induced colloidalassembly

Author

Pierre Joseph, Olivier Liot, Jeffrey F. Morris, Térence Desclaux, Mohand Larbi Mokrane, Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), City University of New York [New York] (CUNY), NEMESIS, RENATECH, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), City University of New-York - CUNY (USA), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, Clogging, Mécanique des fluides, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, Condensed Matter - Soft Condensed Matter, Radial distribution function, 01 natural sciences, law.invention, Suspension (chemistry), Fluid dynamics, law, 0103 physical sciences, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], Composite material, 010306 general physics, Porosity, Filtration, Pressure drop, Fluid Dynamics (physics.flu-dyn), General Chemistry, Physics - Fluid Dynamics, Thermique, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Microstructure, Ionic strength, [PHYS.MECA.THER]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Thermics [physics.class-ph], Soft Condensed Matter (cond-mat.soft), Colloidal filtration, 0210 nano-technology, [PHYS.COND.CM-SCM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Soft Condensed Matter [cond-mat.soft]
Abstract

This paper describes an experimental study of filtration of a colloidal suspension using microfluidic devices. A suspension of micrometer-scale colloids flows through parallel slit-shaped pores at fixed pressure drop. Clogs and cakes are systematically observed at pore entrance, for variable applied pressure drop and ionic strength. Based on image analysis of the layer of colloids close to the device wall, global and local studies are performed to analyse in detail the near-wall layer microstructure. Whereas global porosity of this layer does not seem to be affected by ionic strength and applied pressure drop, a local study shows some heterogeneity: clogs are more porous at the vicinity of the pore than far away. An analysis of medium-range order using radial distribution function shows a slightly more organized state at high ionic strength. This is confirmed by a local analysis using two-dimension continuous wavelet decomposition: the typical size of crystals of colloids is larger for low ionic strength, and it increases with distance from the pores. We bring these results together in a phase diagram involving colloid-colloid repulsive interactions and fluid velocity., 13 pages, 16 figures

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2020
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10. Characterization and minimization of band broadening in DNA electrohydrodynamic migration for enhanced size separation

Author

Aurélien Bancaud, Bayan Chami, Jeffrey Teillet, Inga Tijunelyte, Quentin Martinez, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), ANR-16-CE18-0028,MicroLAS,µ-Laboratoire d'Analyse et de Séparation des chromosomes : développement d'un outil pour le typage rapide des bactéries, levures et cellules de mammifères(2016), ANR-16-ASTR-0020,BIOPULSE,Dispositif de détection biologique ultrasensible de pathogènes prélevés par air pulsé.(2016), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Electrophoresis, Materials science, Field (physics), [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Microfluidics, Taylor dispersion, 02 engineering and technology, Parameter space, 01 natural sciences, Viscoelasticity, Diffusion, Electric field, Diffusion (business), Viscosity, 010401 analytical chemistry, Povidone, General Chemistry, Mechanics, DNA, Models, Theoretical, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Elasticity, 0104 chemical sciences, Hydrodynamics, Electrohydrodynamics, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; The combination of hydrodynamic actuation with an opposing electrophoretic force in viscoelastic liquids enables the separation, concentration, and purification of DNA. Obtaining good analytical performances despite the use of hydrodynamic flow fields, which dramatically enhance band broadening due to Taylor dispersion, constitutes a paradox that remains to be clarified. Here, we study the mechanism of band broadening in electrohydrodynamic migration with an automated microfluidic platform that allows us to track the migration of a 600 bp band in the pressure-electric field parameter space. We demonstrate that diffusion in the electrohydrodynamic regime is controlled predominantly by the electric field and marginally by the hydrodynamic flow velocity. We explain this response with an analytical model of diffusion based on Taylor dispersion arguments. Furthermore, we demonstrate that the electric field can be modulated over time to monitor and minimize the breadth of a DNA band, and suggest guidelines to enhance the resolution of DNA separation experiments. Altogether, our report is a leap towards to the development of high-performance analytical technologies based on electrohydrodynamic actuation.

Published
2020
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11. Correlation between DNA Self-Assembly Kinetics, Microstructure, and Thermal Properties of Tunable Highly Energetic Al–CuO Nanocomposites for Micropyrotechnic Applications

Author

Theo Calais, Aurélien Bancaud, Alain Estève, Carole Rossi, Équipe Nano-ingénierie et intégration des oxydes métalliques et de leurs interfaces (LAAS-NEO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Exothermic reaction, Nanocomposite, Materials science, Kinetics, Oxide, Nanoparticle, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 7. Clean energy, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, chemistry.chemical_compound, chemistry, Chemical engineering, Aluminium, General Materials Science, Self-assembly, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; The association of a metallic fuel (usually aluminum) with an oxidizer (metal oxide or organic compound) creates an exothermic material that can be ignited with an external stimulus such as local heating or spark discharge. These materials with high energetic performances, called nanothermites, have been used to release temperature or pressure waves for civil or military applications (initiators, impact igniters, etc.). However, the energetic performances of these nanothermites are highly dependent on the nanoscale intimacy of the two components. The use of nanoparticles results in an increase of the energy release, but control of their assembly remains particularly challenging. In this work, we demonstrate that the use of DNA to self-organize Al or CuO nanoparticles greatly enhances the energy release of nanothermites by up to 240% compared to classically sonicated nanothermites in hexane, with the heat of reaction prior to Al melting reaching a value of 2.57 kJ·g–1. In particular, we report that the energetic performances can be tuned by controlling the ionic strength during the self-assembly process. These results are supported by ultrafine characterization of the nanocomposite microstructure based on high-resolution transmission electronic microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. Besides, we report the surprisingly good energetic performances of randomly mixed nanoparticles dispersed in water, nonetheless 40% lower than DNA-self-assembled nanocomposites. Altogether, our study not only proposes an easy and immediate process for nanocomposites synthesis but also opens the door for opportunities toward large-scale crystalline Al–CuO superlattices with high energetic performances.

Published
2018
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12. Spatial Analysis of Nanofluidic-Embedded Biosensors for Wash-Free Single-Nucleotide Difference Discrimination

Author

Aurélien Bancaud, Jean Cacheux, Marie Brut, Pierre Cordelier, Thierry Leichle, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Modélisation Multi-niveaux des Matériaux (LAAS-M3), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Institut de médecine moléculaire de Rangueil (I2MR), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-IFR150-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées- Institut Fédératif de Recherche Bio-médicale Institution (IFR150)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), ANR-13-IS10-0001,DEPSLIT,Système nanofluidique biofonctionnalisé avec pré-concentrateur moléculaire pour la détection ultra-rapide et l'analyse cinétique(2013), Cacheux, Jean, Blanc – Accords bilatéraux 2013 - Système nanofluidique biofonctionnalisé avec pré-concentrateur moléculaire pour la détection ultra-rapide et l'analyse cinétique - - DEPSLIT2013 - ANR-13-IS10-0001 - Blanc – Accords bilatéraux 2013 - VALID, Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)- Institut Fédératif de Recherche Bio-médicale Institution (IFR150)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)

Subjects
0301 basic medicine, Work (thermodynamics), [SDV.BIO]Life Sciences [q-bio]/Biotechnology, Materials science, Channel (digital image), [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Oligonucleotides, Duplex (telecommunications), [SDV.CAN]Life Sciences [q-bio]/Cancer, Bioengineering, Nanofluidics, Biosensing Techniques, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, [PHYS] Physics [physics], 03 medical and health sciences, [SDV.CAN] Life Sciences [q-bio]/Cancer, Fluorescence microscope, Nanotechnology, [PHYS.PHYS] Physics [physics]/Physics [physics], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Instrumentation, Nanoscopic scale, [PHYS]Physics [physics], Fluid Flow and Transfer Processes, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], [PHYS.PHYS]Physics [physics]/Physics [physics], Nucleotides, Process Chemistry and Technology, Nucleic Acid Hybridization, Microfluidic Analytical Techniques, Fluorescence, [SDV.BIO] Life Sciences [q-bio]/Biotechnology, 0104 chemical sciences, 030104 developmental biology, Microscopy, Fluorescence, Biological system, Biosensor
Abstract

International audience; In this work, we demonstrate that the analysis of spatially resolved nanofluidic-embedded biosensors permits the fast and direct discrimination of single-nucleotide difference (SND) within oligonucleotide sequences in a single step interaction. We design a sensor with a linear dimension much larger than the channel depth in order to ensure that the reaction over the whole sensor is limited by the convection rate. Thus, the targets are fully collected, inducing a nonuniform spatial hybridization profile. We also use the nanoscale height of the channel, which enables us to minimize the amount of labeled molecules flowing over the sensor and hence to reduce the fluorescence background, to carry out real-time hybridization detection by fluorescence microscopy. Taken together, these design rules allow us to show that the spatial hybridization profile depends on the duplex affinity, and we speculate that the on and off-rate constants can be inferred during target injection, which is not possible in local analysis where the dissociation step through rinsing must be conducted. We finally manage to discriminate a GT mismatch on a microRNA sequence by optimizing the interaction temperature and the probe design after a few minutes of interaction in a single step protocol. This work may be applied to any biosensing transduction scheme with spatial resolution, e.g., surface plasmon resonance imaging, integrated into nanofluidic channels for applications where high oligonucleotide sequence selectivity and short analysis times are required.

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2018
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13. Modeling of DNA transport in viscoelastic electro-hydrodynamic flows for enhanced size separation

Author

Manoel Manghi, Bayan Chami, Aurélien Bancaud, Marius Socol, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-16-CE17-0005,GENMSMD,Dissection génétique de la Susceptibilité Mendélienne aux infections mycobactériennes chez l'homme(2016), ANR-16-CE18-0028,MicroLAS,µ-Laboratoire d'Analyse et de Séparation des chromosomes : développement d'un outil pour le typage rapide des bactéries, levures et cellules de mammifères(2016), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Electrophoresis, 0301 basic medicine, Materials science, Microfluidics, 01 natural sciences, Viscoelasticity, 03 medical and health sciences, Lab-On-A-Chip Devices, Sensitivity (control systems), chemistry.chemical_classification, Viscosity, DNA transport, 010401 analytical chemistry, DNA, General Chemistry, Statistical mechanics, Polymer, Mechanics, Models, Theoretical, Condensed Matter Physics, Elasticity, 0104 chemical sciences, Transverse plane, 030104 developmental biology, Amplitude, chemistry, Hydrodynamics, [PHYS.COND.CM-SCM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Soft Condensed Matter [cond-mat.soft]
Abstract

International audience; DNA separation and analysis have advanced over recent years, benefiting from microfluidic systems that reduce sample volumes and analysis costs, essential for sequencing and disease identification in body fluids. We recently developed the μLAS technology that enables the separation, concentration, and analysis of nucleic acids with high sensitivity. The technology combines a hydrodynamic flow actuation and an opposite electrophoretic force in viscoelastic polymer solutions. Combining hydrodynamics first principles and statistical mechanics, we provide, in this paper, a quantitative model of DNA transport capable of predicting device performance with the exclusive use of one adjustable parameter associated with the amplitude of transverse viscoelastic forces. The model proves to be in remarkable agreement with DNA separation experiments, and allows us to define optimal conditions that result in a maximal resolution length of 7 bp. We finally discuss the usefulness of our model for separation technologies involving viscoelastic liquids.

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2018
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14. Microfluidic characterization of biomimetic membrane mechanics with an on-chip micropipette

Author

Adrian Laborde, Marianne Elias, Lucrezia Caselli, Adrien Dutoya, Costanza Montis, Debora Berti, Aurélie Lecestre, Barbara Lonetti, Pierre Joseph, Clément Roux, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Department of Chemistry & CSGI, Università degli Studi di Firenze = University of Florence (UniFI), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), CNRS, INSIS, Renatech, PICS CNRS 'Microfluidics for Soft Matter', Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Università degli Studi di Firenze = University of Florence [Firenze] (UNIFI), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, Microfluidics, lcsh:TK7800-8360, Nanoparticle, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, biophysics, lcsh:Technology (General), [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, microfabrication, Vesicle, lcsh:Electronics, Pipette, Biophysics, Lipid membranes, Microfabrication, Micropipette, Nanoparticles, Adhesion, Mechanics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Atomic and Molecular Physics, and Optics, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Characterization (materials science), Membrane, lcsh:T1-995, lipid membranes, nanoparticles, micropipette, 0210 nano-technology
Abstract

The mechanic properties of cell membranes control many biological processes. The complexity of natural membranes is often dealt with by building synthetic vesicles (Giant Unilamellar Vesicles, GUVs), which can be thought as micron-sized minimal cells. Micropipette aspiration technique is the gold standard to characterize membrane mechanics, but it involves manual, long and tedious experiments. Microfluidics is perfectly suited to handle GUVs and permits in particular to conceive on-chip micropipettes for automated, systematic studies of membrane mechanical moduli. We developed a microfabrication process that enables obtaining the required 3- level channels including a micropipette in the intermediate level, with micrometric alignment, sufficiently low adhesion and roughness. We extended the theoretical analysis of micropipette, valid for cylindrical geometries that microfabrication does not allow, to the on-chip geometry, by considering the deformation of a vesicle in a square cross-section trap. We confirmed the validity of our approach thanks to systematic experiments performed on GUVs with well-characterized compositions: the obtained values of the membrane stretching modulus are in quantitative agreement with the literature. As a case study, we used our device to show that GUVs challenged with copolymer micelles, typically used for drug delivery, displayed a significantly decrease of the membrane stretching modulus, which could mediate internalization of these nanovectors. This study opens the path to systematic studies of the influence of physico-chemical environment on the mechanics of cell membranes.

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2020
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15. Wet spinning and radial self-assembly of a carbohydrate low molecular weight gelator into well organized hydrogel filaments

Author

Sandrine Souleille, Isabelle Loubinoux, Juliette Fitremann, Laurence Vaysse, Anaïs Chalard, Nathalie Saffon-Merceron, Laurent Malaquin, Pierre Joseph, Barbara Lonetti, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Toulouse Neuro Imaging Center (ToNIC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant (LAAS-ELIA), ANR Neuraxe, ANR-15-CE07-0007,NEURAXE,Gels supramoléculaires orientés pour le guidage de cellules souches neurales(2015), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Hôpital Purpan [Toulouse], and CHU Toulouse [Toulouse]-CHU Toulouse [Toulouse]

Subjects
amphiphile, Biocompatible Materials, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, polymorphism, Protein filament, General Materials Science, aligned fibers, Hydrogels, self-assembly, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Solvent, sugar, Thermogravimetry, Self-healing hydrogels, Extrusion, N-heptyl-ᴅ-galactonamide, 0210 nano-technology, wet spinning, [PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, radial diffusion, Cell Survival, Carbohydrates, Supramolecular chemistry, Supramolecular fiber, microfluidics, macromolecular substances, 010402 general chemistry, Cell Line, biocompatibility, liquid rope, Humans, [SPI.GPROC]Engineering Sciences [physics]/Chemical and Process Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Spinning, saccharide, Sugar Acids, N-alkyl-aldonamide, thread, gel rope, 0104 chemical sciences, Molecular Weight, Chemical engineering, carbohydrate, Solvents, Self-assembly, hydrogel, Low Molecular Weight Gel
Abstract

International audience; In this work, we describe how a simple single low molecular weight gelator (LMWG) molecule – N-heptyl-D-galactonamide, which is easy to produce at the gram scale – is spun into gel filaments by a wet spinning process based on solvent exchange. A solution of the gelator in DMSO is injected into water and the solvent diffusion triggers the supramolecular self-assembly of the N-heptyl-D-galactonamide molecules into nanometric fibers. These fibers entrap around 97% of water, thus forming a highly hydrated hydrogel filament, deposited in a well organized coil and locally aligned. This self-assembly mechanism also leads to a very narrow distribution of the supramolecular fiber width, around 150 nm. In addition, the self-assembled fibers are oriented radially inside the wet-spun filaments and at a high flow rate, fibers are organized in spirals. As a result, this process gives rise to a high control of the gelator self-assembly compared with the usual thermal sol–gel transition. This method also opens the way to the controlled extrusion at room temperature of these very simple, soft, biocompatible but delicate hydrogels. The gelator concentration and the flow rates leading to the formation of the gel filaments have been screened. The filament diameter, its internal morphology, the solvent exchange and the velocity of the jet have been investigated by video image analysis and electron microscopy. The stability of these delicate hydrogel ropes has been studied, revealing a polymorphic transformation into macroscopic crystals with time under some storage conditions. The cell viability of a neuronal cell line on the filaments has also been estimated

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2019
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16. Direct observation of pore collapse and tensile stress generation on pore walls due to salt crystallization in a PDMS channel

Author

Pierre Joseph, Marc Prat, Antoine Naillon, Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)

Subjects
Materials science, crystallization, Capillary action, Mécanique des fluides, Biotechnologie, Crystal growth, 02 engineering and technology, General Chemistry, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, law.invention, Stress (mechanics), Compressive strength, Shear (geology), law, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], Thin film, Crystallization, Composite material, [INFO.INFO-BT]Computer Science [cs]/Biotechnology, 0210 nano-technology, Salt crystallization
Abstract

The generation of stress in a pore due to salt crystallization is generally analysed as a compressive stress generation mechanism using the concept of crystallization pressure. We report on a completely different stress generation mechanism. In contrast with the classical picture where the crystal pushes the pore wall, the crystal growth leads to the generation of a local tensile stress. This tensile stress occurs next to a region where a compressive stress is generated, thus inducing also shear stresses. The tensile stress generation is attributed to capillary effects in the thin film confined between the crystal and the pore wall. These findings are obtained from direct optical observations in model pores where the tensile stress generation results in the collapse of the pore region located between the crystal and the pore dead-end. The experiments also reveal other interesting phenomena, such as the hyperslow drying in PDMS channels or the asymmetrical growth of the crystal during the collapse.

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2019
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17. Contraction and Tumbling Dynamics of DNA in Shear Flows under Confinement Induced by Transverse Viscoelastic Forces

Author

Bayan Chami, Aurélien Bancaud, Marius Socol, Manoel Manghi, Antony Lesage, Jean-Marc Victor, Hubert Ranchon, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (LPTMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-16-CE18-0028,MicroLAS,µ-Laboratoire d'Analyse et de Séparation des chromosomes : développement d'un outil pour le typage rapide des bactéries, levures et cellules de mammifères(2016)

Subjects
Materials science, Polymers and Plastics, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Viscoelasticity, Inorganic Chemistry, Physics::Fluid Dynamics, chemistry.chemical_compound, Materials Chemistry, Fluorescence microscope, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Quantitative Biology::Biomolecules, Organic Chemistry, Mechanics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Viscoelastic fluid flow, 0104 chemical sciences, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, Electrophoresis, Transverse plane, Shear (geology), chemistry, 0210 nano-technology, [PHYS.COND.CM-SCM]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Soft Condensed Matter [cond-mat.soft], DNA
Abstract

International audience; The dynamics of single DNA molecules conveyed in a viscoelastic fluid flow with an opposing electrophoretic force are investigated by fluorescence microscopy. For balanced hydrodynamic and electrophoretic forces, DNA is confined near the walls with a much smaller elongation than in bulk shear flows. Furthermore, we observe that DNA extension is characterized by intermittent fluctuations, the characteristic time scale of which depends on the flow velocity. A model based on Rouse dynamics explains the contraction of the molecule by the coupling of monomer motion in the transverse and longitudinal directions to the flow induced by transverse viscoelastic forces. Using simulations, we suggest that the occurrence of intermittent fluctuations is analogous to tumbling dynamics characterized by the cyclic spooling motion of end monomers about the molecule center of mass

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2019
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18. Nanofluidic fluorescence microscopy with integrated concentration gradient generation for one-shot parallel kinetic assays

Author

Pattamon Teerapanich, Antoine Naillon, Pierre Joseph, Thierry Leichle, Chia-Fu Chou, Yii-Lih Lin, Corinne Henriquet, Martine Pugnière, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier (IRCM - U1194 Inserm - UM), CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM), Institut de recherche en cancérologie de Montpellier (IRCM - U896 Inserm - UM1), CRLCC Val d'Aurelle - Paul Lamarque-Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Montpellier 1 (UM1), Academia Sinica, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), ANR-13-IS10-0001,DEPSLIT,Système nanofluidique biofonctionnalisé avec pré-concentrateur moléculaire pour la détection ultra-rapide et l'analyse cinétique(2013), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Leichle, Thierry, and Blanc – Accords bilatéraux 2013 - Système nanofluidique biofonctionnalisé avec pré-concentrateur moléculaire pour la détection ultra-rapide et l'analyse cinétique - - DEPSLIT2013 - ANR-13-IS10-0001 - Blanc – Accords bilatéraux 2013 - VALID

Subjects
0301 basic medicine, Analyte, Materials science, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Microfluidics, Kinetic energy, 01 natural sciences, Dissociation (chemistry), 03 medical and health sciences, Materials Chemistry, Fluorescence microscope, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Instrumentation, business.industry, 010401 analytical chemistry, Metals and Alloys, Condensed Matter Physics, Chip, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, 030104 developmental biology, Optoelectronics, Titration, Concentration gradient, business
Abstract

International audience; We report a simple and cost-effective nanofluidic fluorescence microscopy platform with parallel kinetic assay capability for the determination of kinetic parameters in a single run. An on-chip microfluidic concentration diluter, or gradient generator, was integrated to a biofunctionalized nanofluidic chip, enabling simultaneous interrogation of multiple biomolecular interactions with a full titration series of analyte in a single experiment. We demonstrate that since the association and dissociation phases are induced by the on-chip gradient generator and a reverse buffer flow operation, complete kinetic sensorgrams for IgG/anti-IgG interactions can be achieved within 20 min on a single device, which is at least 10 times faster than traditional kinetic techniques. This method could contribute to low-cost, rapid and high-throughput drug-screening and clinical diagnostics.

Published
2018
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19. Ion transport and precipitation kinetics as key aspects of stress generation on pore walls induced by salt crystallization

Author

Pierre Joseph, Antoine Naillon, Marc Prat, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Financial supports from ANDRA, CNRS-INSIS and CNRS NEEDS-MIPOR program are gratefully acknowledged. This work was partly supported by LAAS-CNRS micro and nano technologies platform member of the French RENATECH network., Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, Mécanique des fluides, Kinetics, Microfluidic devices, Evaporation, General Physics and Astronomy, FOS: Physical sciences, Crystal growth, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Crystal, Stress (mechanics), 47.56.+r, 61.05.cp, 0103 physical sciences, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Flows in porous media, Drying, Supersaturation, Aqueous solution, Fluid Dynamics (physics.flu-dyn), Physics - Fluid Dynamics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Chemical engineering, 0210 nano-technology, Porous medium
Abstract

International audience; The stress generation on pore walls due to the growth of a sodium chloride crystal in a confined aqueous solution is studied from evaporation experiments in microfluidic channels in conjunction with numerical computations of crystal growth. The study indicates that the stress build-up on the pore walls as the result of the crystal growth is a highly transient process taking place over a very short period of time (in less than 1s in our experiments). The analysis makes clear that what matters for the stress generation is not the maximum supersaturation at the onset of the crystal growth but the supersaturation at the interface between the solution and the crystal when the latter is about to be confined between the pore walls. It is shown that the stress generation can be characterized with a simple stress diagram involving the pore aspect ratio and the Damkhöler number characterizing the competition between the precipitation reaction kinetics and the ion transport towards the growing crystal. This opens up the route for a better understanding of the damage of porous materials induced by salt crystallization, an important issue in earth sciences, reservoir engineering and civil engineering.

Published
2018
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20. Accelerated transport of particles in confined channels with high roughness amplitude

Author

Aurélien Bancaud, Benjamin Reig, Pierre Joseph, Olivier Liot, Hubert Ranchon, Pattamon Teerapanich, Thierry Leichle, Jean Cacheux, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
chemistry.chemical_classification, Materials science, Microfluidics, Surfaces and Interfaces, Mechanics, Polymer, Surface finish, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Volumetric flow rate, Physics::Fluid Dynamics, Distribution function, Amplitude, chemistry, 0103 physical sciences, Electrochemistry, General Materials Science, Particle velocity, Boundary value problem, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Spectroscopy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

We investigate the pressure-driven transport of particles 200 or 300 nm in diameter in shallow microfluidic channels ∼1 μm in height with a bottom wall characterized by a high roughness amplitude of ∼100 nm. This study starts with the description of an assay to generate cracks in hydrophilic thin polymer films together with a structural characterization of these corrugations. Microfluidic chips of variable height are then assembled on top of these rough surfaces, and the transport of particles is assessed by measuring the velocity distribution function for a set of pressure drops. We specifically detect anomalous transport properties for rough surfaces. The maximum particle velocity at the centerline of the channel is comparable to that obtained with smooth surfaces, but the average particle velocity increases nonlinearly with the flow rate. We suggest that the change in the boundary condition at the rough wall is not sufficient to account for our data and that the occurrence of contacts between the particle and the surface transports the particle away from the wall and speeds up its motion. We finally draw perspectives for the separation by field-flow fractionation.

Published
2018
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21. Evaporation with the formation of chains of liquid bridges

Author

Pierre Joseph, Marc Prat, Chen Chen, Paul Duru, Sandrine Geoffroy, Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions (LMDC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), CSC Scholarship CouncilRenatech Network, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Work (thermodynamics), Materials science, Capillary action, capillary flows, Evaporation, Porous media, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Cylinder (engine), law.invention, Physics::Fluid Dynamics, porous media, law, Phase (matter), 0103 physical sciences, Génie chimique, Composite material, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, liquid bridges, Mechanical Engineering, Multiphase flow, Micromodel, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Capillary flows, Mechanics of Materials, Liquid bridges, 0210 nano-technology, Porous medium
Abstract

The objective of the present work is to study the drying of a quasi-two-dimensional model porous medium, hereafter called the micromodel, initially filled with a pure liquid. The micromodel consists of cylinders measuring $50~\unicode[STIX]{x03BC}\text{m}$ in both height and diameter, radially arranged as a set of neighbouring spirals and sandwiched between two horizontal flat plates. As drying proceeds, air invades the pore space and elongated liquid films trapped by capillary forces form along the spirals. These films consist of ‘chains’ of liquid bridges connecting neighbouring cylinders. They provide hydraulic connectivity between the central bulk liquid cluster and the external rim of the cylinder pattern, where evaporation takes place during a first constant-evaporation-rate drying stage. The first goal of the present paper is to describe experimentally the phase distribution during drying, notably the evolution of liquid films, which controls the evaporation kinetics (e.g. the depinning of the films from the external rim signals the end of the constant-evaporation-rate period). Then, a viscocapillary model for the drying process is presented. It is based on numerical simulations of a liquid film capillary shape and viscous flow within a film. The model shows a reasonably good agreement with the experimental data. Thus, the present study is a step towards direct modelling of the effect of films on the drying of more complex porous media (e.g. packing of beads) and should be of interest for multiphase flow applications in porous media, involving transport within liquid films.

Published
2018
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22. DNA grafting and arrangement on oxide surfaces for self-assembly of Al and CuO nanoparticles

Author

Alain Estève, Aurélien Bancaud, Theo Calais, Carole Rossi, Yves J. Chabal, David Bourrier, Équipe Nano-ingénierie et intégration des oxydes métalliques et de leurs interfaces (LAAS-NEO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), University of Texas at Dallas [Richardson] (UT Dallas), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Streptavidin, Materials science, Oligonucleotides, Oxide, Nanoparticle, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Nanomaterials, chemistry.chemical_compound, Dynamic light scattering, Electrochemistry, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, Spectroscopy, Nanocomposite, Oligonucleotide, Nucleic Acid Hybridization, Oxides, DNA, Surfaces and Interfaces, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, chemistry, Nanoparticles, Self-assembly, 0210 nano-technology, Copper
Abstract

DNA-directed assembly of nano-objects as a means to manufacture advanced nanomaterial architectures has been the subject of many studies. However, most applications have dealt with noble metals as there are fundamental difficulties to work with other materials. In this work, we propose a generic and systematic approach for functionalizing and characterizing oxide surfaces with single-stranded DNA oligonucleotides. This protocol is applied to aluminum and copper oxide nanoparticles due to their great interest for the fabrication of highly energetic heterogeneous nanocomposites. The surface densities of streptavidin and biotinylated DNA oligonucleotides are precisely quantified combining atomic absorption spectroscopy with conventional dynamic light scattering and fluorometry and maximized to provide a basis for understanding the grafting mechanism. First, the streptavidin coverage is consistently below 20% of the total surface for both nanoparticles. Second, direct and unspecific grafting of DNA single strands onto Al and CuO nanoparticles largely dominates the overall functionalization process: ∼95% and 90% of all grafted DNA strands are chemisorbed on the CuO and Al nanoparticle surfaces, respectively. Measurements of hybridization efficiency indicate that only ∼5 and ∼10% of single-stranded oligonucleotides grafted onto the CuO and Al surfaces are involved in the hybridization process, corresponding precisely to the streptavidin coverage, as evidenced by the occupancy of 0.9 and 1.2 oligonucleotides per protein. The hybridization efficiency of single-stranded oligonucleotides chemisorbed on CuO and Al without streptavidin coating decreases to only ∼2%, justifying the use of streptavidin despite its poor surface occupancy. Finally, the structure of directly chemisorbed DNA strands onto oxide surfaces is examined and discussed.

Published
2017
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23. Quasi-static drainage in a network of nanoslits of non-uniform depth designed by grayscale laser lithography

Author

Pierre-François Calmon, Rémi Courson, Hajar Massadi, Pierre Joseph, Marc Prat, Antoine Naillon, Jean Bekhit, Lucie Seveno, Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), KLOE (KLOE SA), Société KLOE, Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), This work was partly supported by LAAS-CNRS micro and nano technologies platform member of the French RENATECH network. It was also supported by LEAF Equipex project. Authors thank also Andra, INSIS-CNRS institute, and NEEDS-MIPOR CNRS program for the financial support., ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, Nanofluidics, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Photoresist, nanofluidics, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Micrometre, porous media, Materials Chemistry, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Reactive-ion etching, business.industry, varying depth, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Nanolithography, Resist, nanofabrication, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, drainage, grayscale lithography, Maskless lithography, Quasistatic process
Abstract

International audience; A method is reported to fabricate silicon-glass nanofluidic chips with non-uniform channel depths in the range 20-500 nm and micrometer resolution in width. The process is based on grayscale laser lithography to structure photoresist in 2.5 dimensions in a single step, followed by a reactive ion etching to transfer the resist depth profile into silicon. It can be easily integrated in a complete process flow chart. The method is used to fabricate a network of interconnected slits of non-uniform depth, a geometry mimicking a nanoporous medium. The network is then used to perform a pressure step controlled drainage experiment, i.e. the immiscible displacement of a wetting fluid (liquid water) by a non-wetting one (nitrogen). The drainage patterns are analyzed by comparison with simulations based on the invasion percolation algorithm. The results indicate that slow drainage in the considered nanofluidic system well corresponds to the classical capillary fingering regime.

Published
2017
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24. Leakage current effect on fixed and tunable solenoid RF MEMS inductors

Author

Nizar Habbachi, Mohamed Adel Kallala, Ali Boukabache, Kamel Besbes, Patrick Pons, Hatem Boussetta, Université de Monastir - University of Monastir (UM), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe MIcro et Nanosystèmes pour les Communications sans fil (LAAS-MINC), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
solenoid, Materials science, Silicon, microwave, chemistry.chemical_element, Solenoid, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), Inductor, 01 natural sciences, eddy current, 0103 physical sciences, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010302 applied physics, Microelectromechanical systems, business.industry, RF MEMS, 021001 nanoscience & nanotechnology, inductor, Inductance, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, chemistry, Q factor, Optoelectronics, tunable, Radio frequency, 0210 nano-technology, business
Abstract

International audience; This paper investigates the performances of fixed and tunable solenoid RF MEMS inductors for two silicon substrates: regular and etched. We have modeled the current density distribution in silicon substrates and then in NiFe plate using FEM numerical tool. Moreover, we have studied the inductors performances in responses of frequency variation from 100 MHz to 30 GHz. The best quality factor and resonant frequency values are respectively Qmax = 19 and Fres = 15 GHz when substrate leakage current is reduced. In addition, the obtained tuning range increases and reaches Tr = 132.8% at 10 GHz instead of Tr = 96.8% at 5 GHz when the silicon substrate is etched.

Published
2017

25. Hydrogen Silsesquioxane-Based Nanofluidics

Author

François Vaurette, Katsuhiko Nishiguchi, Nicolas Clement, Pierre Joseph, Akira Fujiwara, Ragavendran Sivakumarasamy, Sathyanarayanan Punniyakoti, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, NTT Basic Research Laboratories [Tokio], NTT Basic Research Laboratories, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, Fabrication, Silicon, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, Nanofluidics, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, chemistry.chemical_compound, HSQ, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Hydrogen silsesquioxane, Lithography, 3D Nanofluidics, Mechanical Engineering, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, chemistry, Resist, Mechanics of Materials, Colloidal gold, extremely slow evaporation rate, Nanometre, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; Nanofluidics show great promise for the control of small volumes and single molecules, especially for biological and energy applications. To build up more and more complex nanofluidics systems, a versatile and reproducible fabrication technique with nanometer precision alignment is desirable. In this article, two e-beam lithography methods to fabricate nanofluidic channels based on hydrogen silsesquioxane, a high-resolution negative-tone inorganic resist, are presented. The robustness and versatility of the fabrication processes are demonstrated on silicon, glass, and flexible substrates. The high precision ability is illustrated with nanometric alignment of nanofluidic channels on gold nanoparticles and nanotransistor sensors, as well as for 3D nanofluidics prototyping. Furthermore, an unexpected extremely slow water evaporation rate (≈1 week for 300 μm long nanochannels) is noticed. This feature enables a simple and reliable manipulation of nanofluidic chips for various studies.

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2017
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26. Fabrication and modeling of a capacitor microfluidically tuned by water

Author

M.A. Kallala, Patrick Pons, Ali Boukabache, Nizar Habbachi, Kamel Besbes, Hatem Boussetta, Université de Monastir - University of Monastir (UM), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe MIcro et Nanosystèmes pour les Communications sans fil (LAAS-MINC), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
Materials science, Fabrication, Microfluidics, 02 engineering and technology, Capacitance, law.invention, tuning, law, Electric field, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Electronic engineering, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, fluid, Microelectromechanical systems, business.industry, 020206 networking & telecommunications, Penetration (firestop), 021001 nanoscience & nanotechnology, 6. Clean water, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Capacitor, MEMS, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Electrode, Optoelectronics, capacitor, 0210 nano-technology, business
Abstract

International audience; This letter presents the fabrication and the modeling of a continuously tuned microfluidic capacitor. On one hand its electrodes are realized by classical electrodeposition techniques and on the other hand, the lamination of SU-8 films allows superposing some microfluidic channels. According to the experimental results, the capacitor value increases continuously following the deionized (DI) water penetration in microchannels. The capacitance variations are comprised between Cmin = 0.52 pF and Cmax = 18.5 pF, allowing a wide tuning range that reaches 3460% at 500 MHz. The quality factor decreases from Qmax = 69 when the capacitor is empty to Qmin = 5.3 when it is fully filled with DI water. We have also investigated the theoretical aspects of our device by modeling the electric field and the current distributions inside the channels: when they are entirely filled with the DI water, the electric field is cancelled.

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2017

27. Pore cross-talk in colloidal filtration

Author

Patrice Bacchin, Akash Singh, Pierre Joseph, Paul Duru, Jeffrey F. Morris, Olivier Liot, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), City University of New-York - CUNY (USA), Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire de génie chimique [ancien site de Basso-Cambo] (LGC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), The City College of New York (CCNY), City University of New York [New York] (CUNY), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de Génie Chimique (LGC), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)

Subjects
Materials science, Clogging, Microfluidics, lcsh:Medicine, FOS: Physical sciences, [INFO.INFO-SE]Computer Science [cs]/Software Engineering [cs.SE], 02 engineering and technology, Condensed Matter - Soft Condensed Matter, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Article, Quantitative Biology::Subcellular Processes, Colloid, [CHIM.GENI]Chemical Sciences/Chemical engineering, Phenomenological model, parasitic diseases, Génie chimique, Génie logiciel, Redistribution (chemistry), lcsh:Science, Brownian motion, Pressure drop, Physics::Biological Physics, Multidisciplinary, Pore, lcsh:R, Fluid Dynamics (physics.flu-dyn), Physics - Fluid Dynamics, Channel, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Membrane, Microfluidic, Chemical physics, Soft Condensed Matter (cond-mat.soft), lcsh:Q, 0210 nano-technology, Filtration
Abstract

Blockage of pores by particles is found in many processes, including filtration and oil extraction. We present filtration experiments through a linear array of ten channels with one dimension which is sub-micron, through which a dilute dispersion of Brownian polystyrene spheres flows under the action of a fixed pressure drop. The growth rate of a clog formed by particles at a pore entrance systematically increases with the number of already saturated (entirely clogged) pores, indicating that there is an interaction or “cross-talk” between the pores. This observation is interpreted based on a phenomenological model, stating that a diffusive redistribution of particles occurs along the membrane, from clogged to free pores. This one-dimensional model could be extended to two-dimensional membranes.

Published
2017
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28. Design and fabrication of a continuously tuned capacitor by microfluidic actuation

Author

Ali Boukabache, Nizar Habbachi, Hatem Boussetta, Kamel Besbes, Patrick Pons, Mohamed Adel Kallala, Université de Monastir - University of Monastir (UM), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe MIcro et Nanosystèmes pour les Communications sans fil (LAAS-MINC), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), and Université de Toulouse (UT)

Subjects
Permittivity, Materials science, Fabrication, CPW, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Capacitance, law.invention, law, Electric field, 0103 physical sciences, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Tunable capacitor, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Electroplating, 010302 applied physics, Microelectromechanical systems, Capacitive coupling, business.industry, Mechanical Engineering, RF characterization, 020206 networking & telecommunications, RF MEMS, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Capacitor, Fluidic actuation, Mechanics of Materials, Optoelectronics, business
Abstract

International audience; This paper presents the design and the fabrication of a continuously tunable RF MEMS capacitor using micro fluidics as a tuning parameter. The impedance variation principle is based on the modification of the capacitor gap permittivity produced by the presence of deionized water and its displacements in a channel inserted between electrodes. In addition, the electric field distribution changes in equiponderant way according to the DI water positions in the channel. This change modifies the capacitive coupling, the stored energy and consequently the self-resonant frequency. The fabrication process is based on two parts: metallic paths having a spiral form, and obtained by electroplating a 7 µm thick gold layer to constitute electrodes; and fluidic channels, realized by super imposing two SU-8 films. The measurements show a non-linear variation of the capacitor value according to the water positions. The tuning range is very large, reaching up to 4650% for the capacitance, and 335% for the resonant frequency. However, the quality factor reaches Qmax = 79 at 550 MHz if the capacitor is empty and decreases with the fluid displacements to Qmin = 3.13.

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2018
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29. TOWARDS THE COMPUTATION OF VISCOUS FLOW RESISTANCE OF A LIQUID BRIDGE

Author

Chen Chen, Sandrine Geoffroy, Paul Duru, Pierre Joseph, Marc Prat, Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions (LMDC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), CSC - China Scholarship Council, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace - ISAE-SUPAERO (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université Toulouse - Jean Jaurès - UT2J (FRANCE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], Materials science, Capillary action, Mécanique des fluides, Computational Mechanics, Porous media, Viscous resistance, Capillary flow, Physics::Fluid Dynamics, porous media, Geotechnical engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Liquid bridge, liquid bridge, capillary flow, Applied Mathematics, Multiphase flow, Milieux fluides et réactifs, Mechanics, Stokes flow, Fluid transport, Modélisation et simulation, Capillary number, Computer Science Applications, Open-channel flow, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, Computational Mathematics, Modeling and Simulation, viscous resistance, Two-phase flow, Wetting
Abstract

International audience; Flow within thick liquid films present owing to capillary effects in the pore space is of key importance in many multiphase flow applications in porous media, for example, drying or oil recovery processes. The viscous resistance to the flow is a key parameter for modelling fluid transport in such situations. It is well known for liquid films wetting the corners of tubes of polygonal cross-section. In this latter case, the liquid films shape is simple and can be readily obtained. The situation is much more involved when considering a realistic pore space, as in a packing of spherical particles, for example. In this case, X-ray tomography observations have shown that most of the liquid is confined around contact points between particles at intermediate liquid saturation. Nonetheless, a connectivity of all the liquid bridges throughout the particle packing can exist, allowing liquid transport across the porous medium. The ultimate goal of the present research is to provide the viscous flow resistance for such capillary liquid cluster of complex shape. As a first step in this direction, we present in this paper direct numerical simulation of the Stokes flow in liquid bridges obtained between two cylindrical pillars confined between two horizontal plates. The liquid bridge shape is obtained under conditions of hydrostatic equilibrium thanks to the Surface Evolver software. Then simulations of the viscous flow within the bridge are performed using Comsol Multiphysics ® Creeping flow solver.

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2016
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30. Comparison of methods for the fabrication and the characterization of polymer self-assemblies: what are the important parameters?

Author

Dominique Goudounèche, Pierre Joseph, Christophe Mingotaud, Anne-Françoise Mingotaud, M. Dionzou, Bruno Payré, Alain Morère, Marc Leonetti, Barbara Lonetti, Clément Roux, Jean-Daniel Marty, Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Institut des Biomolécules Max Mousseron [Pôle Chimie Balard] (IBMM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Nano Ingénierie et Intégration des Systèmes (LAAS-N2IS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Centre de Microscopie Électronique Appliquée à la Biologie (CMEAB), Hôpital de Rangueil, CHU Toulouse [Toulouse]-CHU Toulouse [Toulouse]-Toulouse Réseau Imagerie-Genotoul ( TRI-Genotoul), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)

Subjects
Materials science, Surface Properties, Thermodynamic equilibrium, Polyesters, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Micelle, Polyethylene Glycols, Lactones, Amphiphile, Copolymer, Particle Size, Solubility, Micelles, chemistry.chemical_classification, [PHYS]Physics [physics], Principal Component Analysis, Molecular Structure, General Chemistry, Polymer, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Characterization (materials science), Kinetics, chemistry, Chemical engineering, Methacrylates, Polystyrenes, Thermodynamics, 0210 nano-technology, Hydrophobic and Hydrophilic Interactions, Macromolecule
Abstract

International audience; The ability to self-assemble was evaluated for a large variety of amphiphilic block copolymers, including poly(ethyleneoxide-b-e-caprolactone), poly(ethyleneoxide-b-D, L-lactide), poly(ethyleneoxide-b-styrene), poly(ethyleneoxide-b-butadiene) and poly(ethyleneoxide-b-methylmethacrylate). Different methods of formation are discussed, such as cosolvent addition, film hydration or electroformation. The influence of experimental parameters and macromolecular structures on the size and morphology of the final selfassembled structures is investigated and critically compared with the literature. The same process is carried out regarding the characterization of these structures. This analysis demonstrates the great care that should be taken when dealing with such polymeric assemblies. If the morphology of such assemblies can be predicted to some extent by macromolecular parameters like the hydrophilic/hydrophobic balance, those parameters cannot be considered as universal. In addition, external experimental parameters (methods of preparation, use of co-solvent, ...) appeared as critical key parameters to obtain a good control over the final structure of such objects, which are very often not at thermodynamic equilibrium but kinetically frozen. A principal component analysis is also proposed, in order to examine the important parameters for forming the self-assemblies. Here again, the hydrophilic/hydrophobic fraction is identified as an important parameter.

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2016
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31. RF MEMS continuous reversible variable inductor based on a microfluidic network

Author

Patrick Pons, Kamel Besbes, M.A. Kallala, Pierre Francois Calmon, Ali Boukabache, Issam El Gmati, Hatem Boussetta, Équipe MIcro et Nanosystèmes pour les Communications sans fil (LAAS-MINC), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Université de Monastir - University of Monastir (UM), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Microelectromechanical systems, Materials science, Magnetic energy, business.industry, Capacitive sensing, Microfluidics, Electrical engineering, Condensed Matter Physics, Inductor, 7. Clean energy, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Inductance, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Hardware and Architecture, Electromagnetic coil, Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, business
Abstract

International audience; In this work, RF MEMS continuous reversible variable inductor has been fabricated by using microelec-tronic technology and lamination process. We review, evaluate and compare this variable inductor with other work. The proposed inductor is a dual circular coil and has an inductance of few nH. The fundamental idea is to place a liquid droplet between the metal turns of a coil in order to modify the capacitive/resistive coupling between metal tracks and hence to change the stored magnetic energy. The SU-8 resin was used to realize the microfluidic channels and Au as metallic tracks. To prove the reversibility of the inductor, two cases were studied: filling and emptying of channels. The tuning range of the inductance is approximately 107 % at 1.6 GHz, making these devices very suitable as building blocks in many RF applications.

Published
2014
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32. High-Energy Al/CuO Nanocomposites Obtained by DNA-Directed Assembly

Author

Fabrice Severac, Pierre Alphonse, Carole Rossi, Alain Estève, Aurélien Bancaud, Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Équipe Nano-ingénierie et intégration des oxydes métalliques et de leurs interfaces (LAAS-NEO), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE), Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace - ISAE-SUPAERO (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)

Subjects
Materials science, Matériaux, Oxide, Nanoparticle, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Molecular engineering, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Biomaterials, Metal, chemistry.chemical_compound, Electrochemistry, Aluminium, Nanoenergetic materials, Nanoscopic scale, Aqueous solution, Nanocomposite, DNA, Self-assembly, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, visual_art, visual_art.visual_art_medium, Nanoparticles, 0210 nano-technology, Cupper oxide
Abstract

International audience; Over the next few years, it is expected that new, energetic, multifunctional materials will be engineered. There is a need for new methods to assemble such materials from manufactured nanopowders. In this article, we demonstrate a DNA-directed assembly procedure to produce highly energetic nanocomposites by assembling Al and CuO nanoparticles into micrometer-sized particles of an Al/CuO nanocomposite, which has exquisite energetic performance in comparison with its physically mixed Al/CuO counterparts. Using 80 nm Al nanoparticles, the heat of reaction and the onset temperature are 1.8 kJ g−1 and 410 °C, respectively. This experimental achievement relies on the development of simple and reliable protocols to disperse and sort metallic and metal oxide nanopowders in aqueous solution and the establishment of specific DNA surface-modification processes for Al and CuO nanoparticles. Overall, our work, which shows that DNA can be used as a structural material to assemble Al/Al, CuO/CuO and Al/CuO composite materials, opens a route for molecular engineering of the material on the nanoscale.

Published
2012
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33. Rheology of complex fluids by particle image velocimetry in microchannels

Author

Armand Ajdari, Pierre Joseph, Sandra Lerouge, Michel Cloitre, Guillaume Degre, Patrick Tabeling, Laboratoire Microfluidique, MEMS, Nanostructures (MMN), Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physico-Chimie Théorique (PCT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Matière Molle et Chimie (MMC), Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Matière et Systèmes Complexes (MSC), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Laboratoire de Physico-Chimie Théorique (LPCT)

Subjects
Flow visualization, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Polymers, 02 engineering and technology, Mechanics, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Condensed Matter::Soft Condensed Matter, Physics::Fluid Dynamics, Classical mechanics, Rheology, Flow (mathematics), Particle image velocimetry, Image processing, Wall slip, 0103 physical sciences, Nonlinear rheology, [PHYS.MECA.BIOM]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph], 0210 nano-technology, Image resolution, Complex fluid
Abstract

International audience; The rheology of complex fluids has been the subject of attention for decades, partly in relation to its relevance for many processing or commercial applications.1 Recent studies have pointed out that many reported nonlinear behaviors may be related to the heterogeneous nature of the flow, which can adopt various forms, from simple steady “shear banding”2 to more complex spatiotemporal organizations.3 This has triggered the development of experimental methods to probe flow and structural heterogeneities (birefringence,4 NMR,5 neutrons,6 light scattering,7 and ultrasound8), as well as theoretical effort.In this letter we propose a complementary experimental method to access directly relevant information in this context. We flow the fluid in transparent microchannels of controlled geometry and measure in a spatially resolved way the motion of tracers embedded in that fluid. The resulting velocity profiles allow us to measure directly the nonlinear rheology of such fluids, with simultaneous information as to the occurrence of heterogeneities or wall slip. After a presentation of our setup (Fig. 1) and experimental procedure, we demonstrate here the power of our method by quantifying the bulk nonlinear rheology of model shear-thinning polymer solutions. We then comment on the observation of wall slip and point out perspectives for studies of more complex fluids.

Published
2006
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34. 3D printing of a biocompatible low molecular weight supramolecular hydrogel by dimethylsulfoxide water solvent exchange

Author

Anaïs Chalard, Juliette Fitremann, Pierre Joseph, Sandrine Souleille, Laurent Malaquin, Morgane Mauduit, Équipe Micro-Nanofluidique pour les sciences de la vie et de l’environnement (LAAS-MILE), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Équipe Ingénierie pour les sciences du vivant (LAAS-ELIA), Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Agence Nationale de la RechercheUnion Européenne (FEDER et Horizon 2020), ANR-15-CE07-0007,NEURAXE,Gels supramoléculaires orientés pour le guidage de cellules souches neurales(2015), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut Ecologie et Environnement (INEE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de Recherche Fluides, Energie, Réacteurs, Matériaux et Transferts (FERMAT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IDeAS - Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables (IDeAS), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)

Subjects
0209 industrial biotechnology, material extrusion, Materials science, Diffusion, Biomedical Engineering, Supramolecular chemistry, amphiphile, 02 engineering and technology, Industrial and Manufacturing Engineering, 020901 industrial engineering & automation, Amphiphile, Molecule, solvent exchange, low molecular weight gel, General Materials Science, Fiber, coagulation, Engineering (miscellaneous), saccharide, 3D bioprinting, [CHIM.ORGA]Chemical Sciences/Organic chemistry, N- heptyl-D-galactonamide, diffusion, 3D printing, self-assembly, SAFIN, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, LMWG, Solvent, [CHIM.POLY]Chemical Sciences/Polymers, Chemical engineering, carbohydrate, sugar, Extrusion, Self-assembly, hydrogel, 0210 nano-technology, wet spinning, self-assembled fibrillar network, N-alkyl aldonamide, supramolecular, fiber
Abstract

International audience; A fragile and non-thixotropic biocompatible low molecular weight gel is printed in 3D structures by a solvent exchange process. The 3D printing process is based on the continuous extrusion of a solution of a small amphiphile molecule, N-heptyl-D-galactonamide, in dimethylsulfoxide, that forms a gel in contact with water. The diffusion of water in the dimethylsulfoxide / N-heptyl-D-galactonamide solution triggers the self-assembly of the molecule into supramolecular fibers and the setting of the ink. The conditions for getting a well-defined pattern and the dimensions of the constructs have been determined. The resulting constructs can be easily dissolved, orienting its application as a sacrificial ink or a temporary support. This method opens the way to the injection and the 3D printing of other fragile and non-thixotropic supramolecular hydrogels.

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