Une illustration schématique illustrant la génération de microgouttelettes grâce à l’intégration de structures cristallines colloïdales inverses dans un système microfluidique. Le système a démontré sa capacité à produire plus de 10 000 gouttelettes par seconde. Crédit : Masumi Yamada de l’Université de Chiba
Les scientifiques développent une nouvelle méthode de production de gouttelettes à ultra-haute vitesse dans des dispositifs microfluidiques utilisant des structures cristallines colloïdales inverses poreuses tridimensionnelles.
Au cours des deux dernières décennies, les dispositifs microfluidiques, qui utilisent la technologie pour produire des gouttelettes de taille micrométrique, sont devenus essentiels à diverses applications. Celles-ci couvrent les réactions chimiques, l’analyse biomoléculaire, la chimie de la matière molle et la production de matériaux fins. De plus, la microfluidique des gouttelettes a permis de nouvelles applications qui n’étaient pas possibles avec les méthodes traditionnelles. Il peut façonner la taille des particules et influencer leur morphologie et leur anisotropie. Cependant, la manière conventionnelle de générer des gouttelettes dans une structure à microcanal unique est souvent lente, ce qui limite la production.
Percée dans la génération de gouttelettes
Dans une étude récente publiée dans la revue Laboratoire sur pucedirigé par le professeur agrégé Masumi Yamada du Département de chimie appliquée et de biotechnologie de la Graduate School of Engineering de l’Université de Chiba et comprenant Shota Mashiyama de la Graduate School of Science and Engineering, également de l’Université de Chiba, en tant que premier auteur, les chercheurs ont présenté un système microfluidique qui utilise des structures poreuses de « cristaux colloïdaux inverses » (ICC) pour améliorer considérablement l’efficacité de la génération de microgouttelettes.
« Nous avons considéré qu’une formation très efficace de gouttelettes pourrait être possible en utilisant les nombreux micropores formés à la surface de la structure ICC comme buses formant des gouttelettes. Cependant, à notre connaissance, aucune étude n’a été rapportée sur l’intégration de structures cristallines colloïdales inverses dans des canaux microfluidiques et leur application à la formation de gouttelettes hautement efficaces. Par conséquent, nous avons décidé de développer une nouvelle technique de microfabrication pour intégrer ces structures dans des canaux microfluidiques afin d’obtenir une formation efficace de gouttelettes », souligne le Dr Yamada.
Améliorer l’efficacité et l’application
Dans l’étude, des structures ICC spongieuses ont été intégrées à des microcanaux plats, qui fonctionnaient comme de minuscules buses pour produire des gouttelettes environ 1 000 fois plus rapidement que les dispositifs microfluidiques traditionnels. La taille des gouttelettes pourrait également être modifiée en ajustant le débit des liquides, leurs propriétés et la taille des minuscules ouvertures. De plus, des particules de taille micrométrique constituées de biopolymères naturels tels que des polysaccharides et des protéines ont également été produites à l’aide de cette méthode. Cette nouvelle approche améliore le concept existant de microfluidique des gouttelettes, non seulement en augmentant la vitesse à laquelle les gouttelettes se forment, mais également en rendant le processus plus facile à créer et à exploiter.
En raison de l’efficacité et du contrôle améliorés de la formation de gouttelettes, cette nouvelle méthode devrait avoir un large impact dans différents domaines et catégories de produits. Cela comprend les médicaments, les aliments, les cosmétiques, les encres et peintures spécialisées, les matrices de tamisage pour la bioséparation et la création de particules fonctionnelles pour les écrans et les applications de semi-conducteurs.
« Les microgouttelettes, les particules de biopolymère et les vésicules fabriquées à partir de celles-ci comme échafaudages sont largement utilisées pour des applications médicales telles que le développement de médicaments et la médecine régénérative. De plus, cette méthode devrait être appliquée à la production de diverses substances, notamment des supports pour l’administration contrôlée de médicaments, des échafaudages pour la culture cellulaire, des réactifs pour la transformation cellulaire, des supports d’antigènes pour l’immunothérapie cellulaire et des microparticules fonctionnelles pour le diagnostic », envisage-t-il. Dr Yamada.
En résumé, les chercheurs ont développé une méthode permettant de former rapidement des gouttelettes à une vitesse extrêmement élevée pour les dispositifs microfluidiques en intégrant des structures ICC tridimensionnelles dans des microcanaux plats traditionnels. En appliquant cette technique pour produire des matériaux à des fins diverses, elle devrait contribuer à l’avancement des technologies qui améliorent la vie des gens et favorisent le bien-être général !
À propos du professeur agrégé Masumi Yamada
Masumi Yamada est professeur agrégé au Département de chimie appliquée et de biotechnologie de l’Université de Chiba et a obtenu son doctorat. Diplômé de l’Université de Tokyo en 2006. Spécialisé dans les techniques de microfabrication pour le développement de matériaux, la biotechnologie et le diagnostic clinique, le professeur Yamada a un palmarès de publications avec plus de 120 articles et 4 000 citations. De plus, il est membre de plusieurs sociétés universitaires, notamment la Society of Chemical Engineers du Japon, la Society for Biotechnology du Japon et la Society for Chemistry and Micro-Nano Systems.
Financement : subventions d’aide à la recherche scientifique du ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie du Japon
