Diélectrophorèse pour la filtration sans membrane – DIADEM

Basé sur un nouveau paradigme de filtration, le projet DIADEM a pour ambition de développer un dispositif capable de filtrer à haut débit (> 1ml/min), et sans membrane, une large gamme de suspensions colloïdales complexes en termes de dimensions caractéristiques (de 10 nm à 10 µm), de forme mais aussi de composition chimique (particules synthétiques, microorganismes) de ses constituants. L’objectif est de concevoir, fabriquer, caractériser et modéliser une nouvelle génération d’outils analytiques comprenant un canal microfluidique et des motifs d’électrodes imprimées sur ses parois internes haute et basse. Le gradient de champ électrique généré par les électrodes permettra de contrôler la trajectoire des particules par le biais de forces diélectrophorétiques (DEP) mais aussi d’induire un nouveau phénomène de transport que nous avons nommé « diélectro-osmose inverse » (REDO). Le projet DIADEM rassemble des expertises en physico-chimie (ITODYS, PHENIX), en physique des fluides (ENS-CNRS) et en biologie (IFREMER) pour parvenir à une compréhension fine et multi-échelle de la corrélation entre la topologie des réseaux d’électrodes imprimées et la trajectoire de particules pour des applications analytiques. En couplant les dispositifs microfluidiques à des techniques de caractérisation in-situ telles que la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la (nano)électrochimie et l’interférométrie, il sera possible d’identifier et de caractériser localement les particules transportées spécifiquement via la DEP et la REDO. Ce projet propose d’aller au-delà de l’état de l’art dans des champs d’application relatifs à la séparation et à la cartérisation de (nano)particules (objectif 1) mais aussi de mettre en évidence des processus de transport inconnus à ce jour (objectif 2).

1) Comment séparer et caractériser des microorganismes marins à haut débit ? L’utilisation des techniques d’impression permet de réaliser des dispositifs de DEP de très grande surface et ainsi d’analyser des échantillons marins à des débits à ce jour inédits. Les microorganismes marins vivants seront filtrés en fonction de leur composition chimique, de leur taille et de leur forme. Cette approche permet de considérer l’analyse d’une large communauté de microorganismes (des virus aux algues) indépendamment de leurs propriétés de fluorescence (indispensable pour l’analyse conventionnelle par cytométrie). Pour la première fois, il est proposé de coupler à une séparation par DEP, une caractérisation par imagerie interférométrique. Validée dans le cadre de ce projet en utilisant des algues comme système modèle, l’approche proposée pourra être rapidement appliquée à d’autres problématiques émergentes (par ex. nouveaux polluants marins tels que les nano et les microplastiques).

2) Quelle stratégie permet d’induire un flux osmotique sans membrane ? Nous utiliserons les forces diélectrophorétiques comme barrière osmotique pour induire des flux osmotiques en l’absence de membrane. Des dispositifs spécifiques capables de générer une barrière par gradient de champ électrique seront réalisés. Cela conduira à la création de compartiments virtuels et à l’induction de flux osmotiques, ce qui permet d’envisager une séparation en osmose inverse sans membrane par force dielectrophorétique (REDO). Dans le cadre de ce projet, une étude fondamentale et expérimentale de ces processus de REDO sera réalisée.