FR3064067A1 - MEASUREMENT OF AT LEAST ONE SIZE CHARACTERIZING AN OWNERSHIP IN THE ADHESION BETWEEN A SUSPENSION OF PARTICLES AND A TYPE OF SURFACE, SUCH AS THE CONSTANT OF HAMAKER OR THE POTENTIAL ZETA - Google Patents
MEASUREMENT OF AT LEAST ONE SIZE CHARACTERIZING AN OWNERSHIP IN THE ADHESION BETWEEN A SUSPENSION OF PARTICLES AND A TYPE OF SURFACE, SUCH AS THE CONSTANT OF HAMAKER OR THE POTENTIAL ZETA Download PDFInfo
- Publication number
- FR3064067A1 FR3064067A1 FR1752147A FR1752147A FR3064067A1 FR 3064067 A1 FR3064067 A1 FR 3064067A1 FR 1752147 A FR1752147 A FR 1752147A FR 1752147 A FR1752147 A FR 1752147A FR 3064067 A1 FR3064067 A1 FR 3064067A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- particles
- wall
- suspension
- adsorbed
- channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 194
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 47
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 abstract description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 17
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 16
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 7
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 7
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 2
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 241001156002 Anthonomus pomorum Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 210000000720 eyelash Anatomy 0.000 description 1
- 238000005290 field theory Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 239000012905 visible particle Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G01N15/1433—
Abstract
L'invention concerne un système de mesure d'un paramètre d'adhésion entre un ensemble de particules en suspension liquide et une paroi caractérisé en ce qu'il comprend au moins un canal fluidique comprenant une entrée et une sortie, formé en partie par la paroi et étant configuré pour que la direction moyenne d'un écoulement du liquide dans le canal soit parallèle à la paroi, un système d'injection d'une suspension de particules dans le canal fluidique, un système de détection de particules adsorbées à la paroi et une unité de contrôle reliée électriquement au système de détection et au système d'injection.The invention relates to a system for measuring an adhesion parameter between a set of particles in liquid suspension and a wall characterized in that it comprises at least one fluidic channel comprising an inlet and an outlet, formed partly by the wall and being configured so that the average direction of a flow of liquid in the channel is parallel to the wall, a system for injecting a suspension of particles in the fluid channel, a system for detecting particles adsorbed to the wall and a control unit electrically connected to the detection system and the injection system.
Description
Titulaire(s) : PARIS SCIENCES ET LETTRES QUARTIER LATIN Etablissement public,CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS), ECOLE SUPERIEURE DE PHYSIQUE ET DE CHIMIE INDUSTRIELLES DE LA VILLE DE PARIS.Holder (s): PARIS SCIENCES ET LETTRES LA QUARTIER LATIN Public establishment, NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH (CNRS), HIGHER SCHOOL OF INDUSTRIAL PHYSICS AND CHEMISTRY OF THE CITY OF PARIS.
Demande(s) d’extensionExtension request (s)
Mandataire(s) : REGIMBEAU.Agent (s): REGIMBEAU.
164) MESURE D'AU MOINS UNE GRANDEUR CARACTERISANT UNE PROPRIETE INTERVENANT DANS L'ADHESION ENTRE UNE SUSPENSION DE PARTICULES ET UN TYPE DE SURFACE, TELLE QUE LA CONSTANTE DE HAMAKER OU LE POTENTIEL ZETA.164) MEASUREMENT OF AT LEAST ONE SIZE CHARACTERIZING A PROPERTY INVOLVED IN THE ADHESION BETWEEN A PARTICLE SUSPENSION AND A TYPE OF SURFACE, SUCH AS THE HAMAKER CONSTANT OR THE ZETA POTENTIAL.
FR 3 064 067 - A1 _ L'invention concerne un système de mesure d'un paramètre d'adhésion entre un ensemble de particules en suspension liquide et une paroi caractérisé en ce qu'il comprend au moins un canal fluidique comprenant une entrée et une sortie, formé en partie par la paroi et étant configuré pour que la direction moyenne d'un écoulement du liquide dans le canal soit parallèle à la paroi, un système d'injection d'une suspension de particules dans le canal fluidique, un système de détection de particules adsorbées à la paroi et une unité de contrôle reliée électriquement au système de détection et au système d'injection.FR 3 064 067 - A1 _ The invention relates to a system for measuring an adhesion parameter between a set of particles in liquid suspension and a wall, characterized in that it comprises at least one fluid channel comprising an inlet and a outlet, formed in part by the wall and being configured so that the mean direction of a flow of the liquid in the channel is parallel to the wall, a system for injecting a suspension of particles in the fluid channel, a system for detection of particles adsorbed on the wall and a control unit electrically connected to the detection system and to the injection system.
DOMAINE DE L’INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
L’invention concerne la caractérisation de l’adhésion entre un ensemble de particules en suspension liquide et un type de surface.The invention relates to the characterization of the adhesion between a set of particles in liquid suspension and a type of surface.
Plus particulièrement, elle propose un procédé et un système permettant la mesure d’au moins une grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion entre une suspension de particules et un type de surface, telle qu’une constante d’Hamaker et/ou un potentiel zêta.More particularly, it proposes a method and a system allowing the measurement of at least one quantity characterizing a property involved in the adhesion between a suspension of particles and a type of surface, such as a Hamaker constant and / or a zeta potential.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Les interactions de van der Waals régissent la stabilité d’une suspension colloïdale, en particulier d’une suspension de particules en phase liquide, en association avec les interactions de la double couche électrique de Debye.Van der Waals interactions govern the stability of a colloidal suspension, particularly a suspension of particles in the liquid phase, in association with the interactions of the Debye electric double layer.
Différents paramètres peuvent représenter les interactions de van der Waals entre des particules en suspension et une paroi. La constante de Hamaker permet en particulier de rendre compte des interactions de van der Waals entre deux corps.Different parameters can represent the van der Waals interactions between suspended particles and a wall. The Hamaker constant makes it possible in particular to account for the interactions of van der Waals between two bodies.
Gaboriaud et al. (Gaboriaud, F., & Du frêne, Y. F., 2007, Atomic force microscopy of microbial cells: application to nanomechanical properties, surface forces and molecular récognition forces. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 54(1), 10-19) décrivent deux méthodes de mesure de la constante de Hamaker entre une particule et un substrat, séparés par une phase liquide, en utilisant un microscope à force atomique. Dans une première méthode, un microscope à force atomique mesure séparément la constante de Hamaker de chacun des matériaux du système dans le vide. Une constante du système complet est ensuite calculée selon une équation d’approximation. Cette méthode ne permet pas de mesurer la constante de Hamaker du système de manière précise. A cet effet, la constante de Hamaker peut également être estimée par l’approximation Lifshitz, qui prend en compte les propriétés diélectriques des matériaux ainsi que ses indices de réfraction (Israelachvili, J., 2011, Intermolecular and Surface Forces, Academie Press). Dans une autre méthode, décrite par Farell et ai (Farell, ΛΙ. & Beaudoin, S., 2010, Surface forces and protein adsorption on dextran-and polyethylene glycol-modified polydiméthylsiloxane. Colloids and Interfaces B : Biointerfaces 81: 468-475), la constante de Hamaker est mesurée en attachant une particule à la sonde d’un microscope à force atomique. La constante du système est alors mesurée directement. L’étape consistant à attacher une particule sur une sonde peut entraîner une dénaturation ou une contamination de la particule et/ou de la sonde. De plus, cette méthode ne permet pas de mesurer la constante de Hamaker pour un grand nombre de particules, par exemple supérieur à cent. Cette méthode ne permet pas de réaliser une moyenne statistique de manière à réduire l’incertitude expérimentale de la mesure. Enfin, cette méthode est précise lorsque la mesure est réalisée dans le vide, mais elle devient très approximative lorsqu’elle est réalisée dans un liquide.Gaboriaud et al. (Gaboriaud, F., & Du frêne, YF, 2007, Atomic force microscopy of microbial cells: application to nanomechanical properties, surface forces and molecular récognition forces. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 54 (1), 10-19) describe two methods of measuring the Hamaker constant between a particle and a substrate, separated by a liquid phase, using an atomic force microscope. In a first method, an atomic force microscope separately measures the Hamaker constant of each of the materials in the system in a vacuum. A constant of the complete system is then calculated according to an approximation equation. This method does not measure the Hamaker constant of the system accurately. For this purpose, the Hamaker constant can also be estimated by the Lifshitz approximation, which takes into account the dielectric properties of materials as well as its refractive indices (Israelachvili, J., 2011, Intermolecular and Surface Forces, Academie Press). In another method, described by Farell et ai (Farell, ΛΙ. & Beaudoin, S., 2010, Surface forces and protein adsorption on dextran-and polyethylene glycol-modified polydimethylsiloxane. Colloids and Interfaces B: Biointerfaces 81: 468-475) , the Hamaker constant is measured by attaching a particle to the probe of an atomic force microscope. The system constant is then measured directly. The step of attaching a particle to a probe can lead to denaturation or contamination of the particle and / or the probe. In addition, this method does not make it possible to measure the Hamaker constant for a large number of particles, for example greater than one hundred. This method does not make it possible to carry out a statistical average so as to reduce the experimental uncertainty of the measurement. Finally, this method is precise when the measurement is made in a vacuum, but it becomes very approximate when it is carried out in a liquid.
Le potentiel zêta est également un paramètre qui contribue à la stabilité des particules en suspension. Le potentiel zêta représente le potentiel des forces électrostatiques d’un système de particules en suspension et d’une paroi. Il est connu de mesurer le potentiel zêta en illuminant des particules dans un échantillon à analyser. La diffusion lumineuse des particules par la source lumineuse est détectée. Quand un champ électrique est appliqué aux particules, les particules migrent vers une électrode, entraînant une variation de l’intensité lumineuse diffusée. Il est possible de calculer leur mobilité électrophorétique à partir de l’intensité lumineuse mesurée et d’en déduire le potentiel zêta.The zeta potential is also a parameter which contributes to the stability of the particles in suspension. The zeta potential represents the potential of the electrostatic forces of a suspended particle system and a wall. It is known to measure the zeta potential by illuminating particles in a sample to be analyzed. The light scattering of the particles by the light source is detected. When an electric field is applied to the particles, the particles migrate to an electrode, causing a variation in the scattered light intensity. It is possible to calculate their electrophoretic mobility from the measured light intensity and to deduce the zeta potential.
Mustin et al. (Mustin, B., & Stoeber, B. (2015). Single layer déposition of polystyrène parti clés onto planar Polydiméthylsiloxane substrates. Langmuir, 32(1), 88-101) décrivent l’adsorption de particules à une paroi et la comparent au modèle d’approximation. L’adsorption de particules à la paroi est réalisée en utilisant un jet entraînant une collision de particules contre la paroi : les particules de la suspension sont projetées par advection contre la paroi, entraînant une possible adsorption des particules. Mustin et al. utilisent des grandeurs caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion entre la suspension de particules et la paroi telles que la constante d’Hamaker et le potentiel zêta en les calculant selon les méthodes connues de l’art antérieur présentées précédemment. Cette méthode ne permet pas de mesurer des grandeurs correspondant aux interactions de van der Waals entre les particules, le milieu liquide et la paroi.Mustin et al. (Mustin, B., & Stoeber, B. (2015). Single layer deposition of polystyrene party keys onto planar Polydimethylsiloxane substrates. Langmuir, 32 (1), 88-101) describe the adsorption of particles to a wall and compare it to the approximation model. The adsorption of particles on the wall is carried out using a jet causing a collision of particles against the wall: the particles of the suspension are projected by advection against the wall, resulting in a possible adsorption of the particles. Mustin et al. use quantities characterizing a property involved in the adhesion between the suspension of particles and the wall such as the Hamaker constant and the zeta potential by calculating them according to the known methods of the prior art presented previously. This method does not allow the measurement of quantities corresponding to the van der Waals interactions between the particles, the liquid medium and the wall.
RESUME DE L’INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
Un but de l’invention est de proposer une solution pour pouvoir estimer efficacement une ou plusieurs grandeurs caractéristiques de l’adhésion, par exemple représentatifs d’une interaction de van der Waals, entre un ensemble de particules en suspension liquide et un type de surface, par exemple une surface en un matériau donné. En particulier, un but de l’invention est de proposer une solution pour mesurer précisément la constante de Hamaker d’un tel ensemble de particules et d’un type de surface et/ou le potentiel zêta des particules.An object of the invention is to propose a solution to be able to effectively estimate one or more quantities characteristic of adhesion, for example representative of a van der Waals interaction, between a set of particles in liquid suspension and a type of surface. , for example a surface made of a given material. In particular, an object of the invention is to propose a solution for precisely measuring the Hamaker constant of such a set of particles and of a surface type and / or the zeta potential of the particles.
Un autre but de l’invention est de proposer une solution pour mesurer ces paramètres d’une manière plus précise que les mesures proposées dans l’art antérieur, en particulier lorsque les particules sont suspendues dans une solution aqueuse.Another object of the invention is to propose a solution for measuring these parameters in a more precise manner than the measures proposed in the prior art, in particular when the particles are suspended in an aqueous solution.
Un autre but de l’invention est de proposer une solution pour mesurer ces paramètres sur plusieurs systèmes de particules en suspension liquide de manière simultanée.Another object of the invention is to propose a solution for measuring these parameters on several particle systems in liquid suspension simultaneously.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un système comportant au moins un canal fluidique et des moyens d’injection d’une suspension de particules dans ledit canal.This object is achieved in the context of the present invention thanks to a system comprising at least one fluid channel and means for injecting a suspension of particles into said channel.
Ce système est un système de mesure d’au moins une grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion entre un ensemble de particules en suspension et un type de surface donné, telle que la constante d’Hamaker entre ledit ensemble en suspension et ledit type de surface et/ou le potentiel zêta dudit ensemble en suspension, dans lequel au moins une partie de paroi intérieure dudit canal correspond au type de surface précité, dans lequel la géométrie du canal fluidique est adaptée à ce que la direction de la vitesse moyenne d’un écoulement dans le canal fluidique est parallèle à la paroi intérieure, ledit système comprenant :This system is a measurement system of at least one quantity characterizing a property involved in the adhesion between a set of suspended particles and a given type of surface, such as the Hamaker constant between said suspended set and said type. of surface and / or the zeta potential of said suspended assembly, in which at least part of the inner wall of said channel corresponds to the aforementioned type of surface, in which the geometry of the fluid channel is adapted so that the direction of the average speed d a flow in the fluid channel is parallel to the interior wall, said system comprising:
une unité de détection des particules adsorbées par ladite partie de paroi intérieure ;a unit for detecting particles adsorbed by said interior wall portion;
une unité de calcul adaptée pour déterminer, en fonction d’un nombre de particules adsorbées détectées par l’unité de détection et de la durée sur laquelle ces particules adsorbées sont détectées, une valeur pour la grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion, des moyens d’interface utilisateur auxquels la valeur ainsi déterminée est transmise comme valeur de mesure.a calculation unit adapted to determine, as a function of a number of adsorbed particles detected by the detection unit and the duration over which these adsorbed particles are detected, a value for the quantity characterizing a property involved in adhesion, user interface means to which the value thus determined is transmitted as a measurement value.
On comprend qu’avec un tel système, il est possible de caractériser quantitativement (et non pas simplement qualitativement comme c’était le cas avec les mesures connues dans l’art antérieur) l’accrochage des particules d’une suspension sur une paroiIt is understood that with such a system, it is possible to characterize quantitatively (and not simply qualitatively as was the case with the measurements known in the prior art) the attachment of the particles of a suspension to a wall
La mesure obtenue se fait un nombre important de particules. Elle est donc particulièrement précise avec un intervalle de confiance à 95%The measurement obtained takes a large number of particles. It is therefore particularly precise with a 95% confidence interval
Elle est en outre simple à mettre en œuvre.It is also simple to implement.
Avantageusement, la partie de paroi intérieure est transparente, du moins le plancher et le plafond sont transparents, le système de détection des particules comportant un imageur optique adapté pour imager ladite partie de paroi.Advantageously, the interior wall part is transparent, at least the floor and the ceiling are transparent, the particle detection system comprising an optical imager suitable for imaging said wall part.
Avantageusement, le système de mesure comporte plusieurs canaux fluidiques en parallèle.Advantageously, the measurement system comprises several fluidic channels in parallel.
Un autre objet de l’invention est un procédé dans lequel on injecte une suspension de particules dans un canal fluidique, caractérisé en ce que ledit procédé est un procédé de mesure d’au moins une grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion entre un ensemble de particules en suspension et un type de surface donné, telle que la constante d’Hamaker entre ledit ensemble en suspension et ledit type de surface et/ou le potentiel zêta dudit ensemble en suspension, au moins une partie de paroi intérieure dudit canal correspondant au type de surface précité et la géométrie du canal fluidique étant adaptée à ce que la direction de la vitesse moyenne d’un écoulement dans le canal fluidique est parallèle à la paroi intérieure ; et en ce que ledit procédé comprend les étapes de:Another object of the invention is a method in which a suspension of particles is injected into a fluid channel, characterized in that said method is a method of measuring at least one quantity characterizing a property involved in the adhesion between a set of suspended particles and a given type of surface, such as the Hamaker constant between said suspended set and said type of surface and / or the zeta potential of said suspended set, at least part of the inner wall of said corresponding channel the aforementioned type of surface and the geometry of the fluid channel being adapted so that the direction of the average speed of a flow in the fluid channel is parallel to the interior wall; and in that said method comprises the steps of:
détection des particules adsorbées par ladite partie de paroi intérieure ;detecting particles adsorbed by said interior wall portion;
détermination, en fonction d’un nombre de particules adsorbées détectées et de la durée sur laquelle ces particules adsorbées sont détectées, d’une valeur pour la grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion, la valeur ainsi déterminée étant transmise à des moyens d’interface utilisateur pour y être présentée comme une valeur de mesure de ladite grandeur.determination, as a function of a number of adsorbed particles detected and the duration over which these adsorbed particles are detected, of a value for the quantity characterizing a property involved in adhesion, the value thus determined being transmitted to means d user interface to be presented as a measurement value of said quantity.
Avantageusement, une valeur calculée est la constante de Hamaker, celle-ci étant déterminée comme proportionnelle au carré du ratio entre le nombre de particules adsorbées détectées et la durée sur laquelle ces particules adsorbées sont détectées.Advantageously, a calculated value is the Hamaker constant, this being determined as proportional to the square of the ratio between the number of adsorbed particles detected and the duration over which these adsorbed particles are detected.
Avantageusement, lors de la détermination d’une valeur pour la grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion, on met en oeuvre une étape de calcul de la vitesse d’injection de la suspension dans le ou les canaux fluidiques avant d’injecter la suspension, à partir d’une approximation de la constante de Hamaker A, l’approximation de la constante de Hamaker A étant calculée à partir de plusieurs valeurs de la constante de Hamaker d’un seul matériau ou à partir de Lifshitz, et dans lequel on contrôle l’injection pour qu’elle intervienne à la vitesse ainsi calculée.Advantageously, when determining a value for the quantity characterizing a property involved in the adhesion, a step of calculating the injection speed of the suspension in the fluid channel or channels is implemented before injecting the suspension, from an approximation of the Hamaker constant A, the approximation of the Hamaker constant A being calculated from several values of the Hamaker constant of a single material or from Lifshitz, and in which the injection is controlled so that it takes place at the speed thus calculated.
Avantageusement, on injecte la suspension de manière à ce que la vitesse du liquide dans le canal fluidique à une distance de la paroi égale au rayon moyen d’une particule soit supérieure à (l.D.k.T)/(A.r2), où l est la longueur de la paroi dans le sens de l’écoulement dans laquelle des particules sont comptées lors de l’étape de détection des particules, D est le coefficient de diffusion des particules dans le liquide, k est la constante de Boltzmann, T est la température et r est le rayon moyen d’une particule.Advantageously, the suspension is injected so that the speed of the liquid in the fluid channel at a distance from the wall equal to the mean radius of a particle is greater than (lDkT) / (Ar 2 ), where l is the length of the wall in the direction of flow in which particles are counted during the particle detection step, D is the diffusion coefficient of the particles in the liquid, k is the Boltzmann constant, T is the temperature and r is the average radius of a particle.
Avantageusement, la force ionique du liquide est choisie de manière à ce que la longueur de Debye Ad soit inférieure à 10 nm.Advantageously, the ionic strength of the liquid is chosen so that the length of Debye Ad is less than 10 nm.
Avantageusement, la force ionique du liquide est choisie de manière à ce que la longueur de Debye Ad soit inférieure à Λ/(4Οεεοζίζρ) où A est la constante de Hamaker, ε est la permittivité diélectrique du liquide, εο est la permittivité du vide, est le potentiel zêta du liquide et ζρ est le potentiel zêta d’une particule.Advantageously, the ionic strength of the liquid is chosen so that the length of Debye Ad is less than Λ / (4Οεε ο ζ ί ζ ρ ) where A is the Hamaker constant, ε is the dielectric permittivity of the liquid, εο is the permittivity of the vacuum, is the zeta potential of the liquid and ζ ρ is the zeta potential of a particle.
Avantageusement, le procédé est procédé de mesure du potentiel zêta d’un ensemble de particules dans lequel on met en oeuvre les étapes suivantes :Advantageously, the method is a method for measuring the zeta potential of a set of particles in which the following steps are implemented:
détection du nombre de particules adsorbées pour plusieurs suspensions de concentrations en sel différentes et, en fonction de ces détections, détermination d’une concentration au-dessous de laquelle les particules n'adhérent pas à la paroi ;detection of the number of particles adsorbed for several suspensions of different salt concentrations and, as a function of these detections, determination of a concentration below which the particles do not adhere to the wall;
détermination du potentiel zêta d’un ensemble de particules en fonction de la concentration seuil ainsi déterminée et de la constante de Hamaker calculée.determination of the zeta potential of a set of particles as a function of the threshold concentration thus determined and of the Hamaker constant calculated.
Avantageusement, on injecte simultanément dans plusieurs canaux fluidiques des suspensions de particules de forces ioniques différentes.Advantageously, suspensions of particles of different ionic strength are injected simultaneously into several fluid channels.
PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF THE FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles :Other characteristics and advantages will also emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and should be read with reference to the appended figures, among which:
- la figure 1 illustre un canal fluidique ;- Figure 1 illustrates a fluid channel;
- la figure 2 illustre un système de mesure d’une grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion entre une suspension de particules et un type de surface ;- Figure 2 illustrates a system for measuring a quantity characterizing a property involved in the adhesion between a suspension of particles and a type of surface;
- la figure 3 illustre schématiquement un système fluidique comprenant plusieurs canaux fluidiques agencés en parallèle ;- Figure 3 schematically illustrates a fluidic system comprising several fluidic channels arranged in parallel;
- les figures 4 et 5 illustrent différentes étapes d’un procédé permettant de compter et/ou de mesurer le nombre de particules adsorbées à la paroi et de calculer la constante de Hamaker A ;- Figures 4 and 5 illustrate different stages of a process for counting and / or measuring the number of particles adsorbed on the wall and calculating the Hamaker constant A;
- la figure 6 reprend deux microphotographies de particules circulant dans un canal fluidique ;- Figure 6 shows two photomicrographs of particles circulating in a fluid channel;
- la figure 7 illustre Tadsorption de particules dans deux systèmes de mesure dans lesquels les parois sont différentes ;- Figure 7 illustrates the adsorption of particles in two measurement systems in which the walls are different;
- la figure 8 illustre Tadsorption de particules dans deux systèmes de mesure dans lesquels les parois sont différentes ;- Figure 8 illustrates the adsorption of particles in two measurement systems in which the walls are different;
- la figure 9 est un diagramme illustrant l’évolution du nombre de particules adsorbées à une paroi avec le temps ;- Figure 9 is a diagram illustrating the evolution of the number of particles adsorbed to a wall over time;
- la figure 10 est un diagramme illustrant l’évolution du nombre de particules adsorbées à une paroi avec le temps ;- Figure 10 is a diagram illustrating the evolution of the number of particles adsorbed to a wall over time;
- la figure 11 est un diagramme illustrant des valeurs de la constante de Hamaker ;FIG. 11 is a diagram illustrating values of the Hamaker constant;
- la figure 12 est un diagramme de phase illustrant différents régimes de cinétique d’adsorption de particules.- Figure 12 is a phase diagram illustrating different regimes of particle adsorption kinetics.
DEFINITIONSDEFINITIONS
Les termes « forces de van der Waals » et « interactions de van der Waals » désignent respectivement les forces et interactions d’origine électroniques de faible intensité également désignées par forces ou interactions de London. Dans le cadre de l’invention, les termes « forces de van der Waals » et « interactions de van der Waals » excluent les forces électrostatiques liées à la couche électrostatique de Debye à proximité des surfaces d’une paroi ou des particules.The terms "van der Waals forces" and "van der Waals interactions" respectively designate low-intensity electronic forces and interactions, also known as London forces or interactions. In the context of the invention, the terms "van der Waals forces" and "van der Waals interactions" exclude the electrostatic forces linked to the Debye electrostatic layer near the surfaces of a wall or of particles.
Le terme « particule » désigne tout type de micro/nanoparticule, comme une particule solide, molle, creuse, biologique (cellule, microorganisme tel que, notamment, une bactérie). Le terme « micro/nanoparticule » désigne une particule dont le diamètre est compris entre 1 nm et 500 pm.The term “particle” designates any type of micro / nanoparticle, such as a solid, soft, hollow, biological particle (cell, microorganism such as, in particular, a bacterium). The term “micro / nanoparticle” designates a particle whose diameter is between 1 nm and 500 μm.
ELEMENTS THEORIQUESTHEORETICAL ELEMENTS
La figure 1 illustre un canal fluidique 4. Ce canal est défini par une hauteur h, une largeur w et une longueur L dans un repère défini par les vecteur (x,y,z). Le canal fluidique 4 comporte une entrée 5 et une sortie 6. On considère l’écoulement d’une suspension de particules 1 dans le canal fluidique 4, rectangulaire droit. Il est possible de décrire un champ stationnaire C(x,z) correspondant à la concentration en particules de la suspension, injecté à un débit contrôlé et constant à l’entrée 5 du canal. Le taux d’injection des particules dans le canal, c’est-à-dire le nombre de particules injectées par unité de temps, est /v ou φ est la fraction volumétrique des particules, Q le débit (en volume) de la suspension et vp est le volume d’une particule. Pour de larges particules, comprises dans la moitié du canal proche de la paroi (c’est-à-dire z < h/2), C(x,z) est décrit par la formule de l’advection-diffusion initialement élaborée par Brenner (Brenner, H., 1961, The slow motion of a sphere through a viscous fluid towards the plane. Chem. Engng. Sci. 16 : 242-251) :FIG. 1 illustrates a fluid channel 4. This channel is defined by a height h, a width w and a length L in a frame defined by the vectors (x, y, z). The fluid channel 4 has an inlet 5 and an outlet 6. We consider the flow of a suspension of particles 1 in the fluid channel 4, rectangular right. It is possible to describe a stationary field C (x, z) corresponding to the concentration of particles in the suspension, injected at a controlled and constant flow at the inlet 5 of the channel. The injection rate of the particles in the channel, i.e. the number of particles injected per unit of time, is / v or φ is the volumetric fraction of the particles, Q the flow rate (in volume) of the suspension and v p is the volume of a particle. For large particles, included in the half of the channel close to the wall (i.e. z <h / 2), C (x, z) is described by the advection-diffusion formula initially developed by Brenner (Brenner, H., 1961, The slow motion of a sphere through a viscous fluid towards the plane. Chem. Engng. Sci. 16: 242-251):
(1)(1)
6kT(z - r)2 où Up est la vitesse de la particule, D est le coefficient de diffusion de la particule, F(z) est une fonction sans dimension correspondant à la dépendance en z de la mobilité de la particule transverse à une paroi, k est la constante de Boltzmann, T est la température, A est la constante de Hamaker et r est le rayon de la particule. Le terme de gauche de la formule (1) correspond à l’advection d’une particule. Le premier terme entre parenthèses de la partie droite de la formule (1) correspond au transport des particules par diffusion. Le second terme entre parenthèse de la partie droite de la formule (1 ) correspond au transport des particules attirées vers la paroi par des interactions de van der Waals. Une salinité, ou force ionique assez élevée du liquide de la suspension permet de négliger un terme correspondant aux interactions électrostatiques : ce terme n’est pas dans la formule (1 ), car pour des forces ioniques assez grandes, par exemple correspondant à des concentrations en sel monovalent supérieures à 20 mM, les potentiels de surface deviennent négligeables et les champs électriques entraînés par les charges de surface sont écrantées.6kT (z - r) 2 where U p is the speed of the particle, D is the diffusion coefficient of the particle, F (z) is a dimensionless function corresponding to the dependence in z of the mobility of the transverse particle to a wall, k is the Boltzmann constant, T is the temperature, A is the Hamaker constant and r is the radius of the particle. The term on the left of formula (1) corresponds to the advection of a particle. The first term in parentheses on the right side of formula (1) corresponds to the transport of particles by diffusion. The second term in parenthesis on the right side of formula (1) corresponds to the transport of particles attracted to the wall by van der Waals interactions. A fairly high salinity, or ionic strength of the liquid in the suspension allows a term corresponding to the electrostatic interactions to be neglected: this term is not in formula (1), because for fairly large ionic forces, for example corresponding to concentrations in monovalent salt greater than 20 mM, the surface potentials become negligible and the electric fields entrained by the surface charges are screened.
En supposant que le champ C soit homogène à l’entrée 5 du canal (correspondant à x = 0 dans la figure 1, c’est-à-dire C = 1 ), que les particules sont adsorbées lorsqu’elles rentrent en contact avec la paroi (c’est-à-dire pour z = 0), que les particules ne peuvent pas traverser la paroi, et en considérant une symétrie du système par rapport au plan correspondant à z = h/2, les conditions aux limites sont :Assuming that the field C is homogeneous at the input 5 of the channel (corresponding to x = 0 in Figure 1, i.e. C = 1), that the particles are adsorbed when they come into contact with the wall (i.e. for z = 0), which the particles cannot cross the wall, and considering a symmetry of the system compared to the plane corresponding to z = h / 2, the boundary conditions are :
Les particules peuvent faiblement diffuser lors de leur transport dans le canal 4 : la majorité des particules peuvent sortir du canal 4 sans être adsorbées par une paroi du canal. Seules les particules introduites à (2) proximité d’une paroi à l’entrée peuvent approcher les parois et être capturées par celles-ci. On désigne par « à proximité » une particule introduite à une coordonnée z de l’ordre du rayon r de la particule, de préférence z < 10.r et de préférence z < 5.r. Dans ces conditions, le premier terme de la partie droite de la formule (1 ) est négligeable.The particles can weakly diffuse during their transport in the channel 4: the majority of the particles can leave the channel 4 without being adsorbed by a wall of the channel. Only particles introduced near (2) a wall at the entrance can approach the walls and be captured by them. By “near” we denote a particle introduced at a z coordinate of the order of the radius r of the particle, preferably z <10.r and preferably z <5.r. Under these conditions, the first term in the right part of formula (1) is negligible.
On introduitWe introduce
vitesse de l’écoulement à z = r. En approximant F à η, on obtient :flow velocity at z = r. By approximating F to η, we obtain:
(3)(3)
UpM où n 11 Ur . Les conditions aux limites peuvent être écrites selon la formule (4) :UfM where n 11 Ur . The boundary conditions can be written according to formula (4):
ξ = 0, C = 1; η = ü, C = (); η = oo, C = 1ξ = 0, C = 1; η = ü, C = (); η = oo, C = 1
L’équation de la formule (3) peut être résolue, pour γ(η) constante et A>0 par la formule (5) :The equation of formula (3) can be solved, for γ (η) constant and A> 0 by formula (5):
ηη
(5)(5)
La solution de la formule (5) décrit une couche de déplétion en particules dans le fluide, se formant en avançant dans le canal fluidique 4.The solution of formula (5) describes a particle depletion layer in the fluid, formed by advancing in the fluid channel 4.
Son épaisseur adimensionnée est égale à ’ ' 21A7 ς . Cette épaisseur, en variables dimensionnées est égale à :Its dimensionless thickness is equal to '' 21A7 ς . This thickness, in dimensioned variables is equal to:
Les forces permettant de décrire la cinétique d’adsorption des particules dans ce régime sont majoritairement les forces de van der Waals (VdW). On désigne ce régime par « régime VdW ». Dans le régime VdW, des grandeurs mesurables du système, par exemple l’épaisseur de la couche de déplétion, sont des variables de la constante de Hamaker A. Il est possible de contrôler la cinétique de dépôt des particules en modifiant la chimie de surface de la ou des parois et des particules. Ce résultat n’aurait pas pu être anticipé par la formule (3).The forces used to describe the kinetics of adsorption of particles in this regime are mainly the van der Waals (VdW) forces. This regime is called "VdW regime". In the VdW regime, measurable quantities of the system, for example the thickness of the depletion layer, are variables of the Hamaker constant A. It is possible to control the deposition kinetics of the particles by modifying the surface chemistry of the wall (s) and particles. This result could not have been anticipated by formula (3).
Une limite du régime VdW correspond à une égalité entre le premier terme et le second terme de la partie de droite de la formule (1 ). Le régime VdW correspond au moins à la condition :A limit of the VdW regime corresponds to an equality between the first term and the second term of the right part of the formula (1). The VdW regime corresponds at least to the condition:
(7) où ξι. = ξ pour x = L. L’inégalité de la formule (7) peut également s’écrire ,;TD . Une telle condition peut être remplie pour un canal fluidique 4 dont la longueur est comprise entre 1 pm et 10 m. Au-delà, le régime de diffusion est dominant, et ne dépend plus de la constante de Hamaker A. Dans le régime de diffusion, la chimie des différentes surfaces du système n’est pas liée à la cinétique d’adsorption des particules.(7) where ξι. = ξ for x = L. The inequality of formula (7) can also be written,; TD . Such a condition can be fulfilled for a fluid channel 4 whose length is between 1 μm and 10 m. Beyond this, the diffusion regime is dominant, and no longer depends on the Hamaker constant A. In the diffusion regime, the chemistry of the various surfaces of the system is not linked to the kinetics of adsorption of the particles.
Dans le régime VdW, en injectant une suspension de particules dans le canal 4, à un débit constant de vp , le nombre total de particules adsorbées Na sur la paroi en fonction du temps t s’écrit :In the VdW regime, by injecting a suspension of particles into channel 4, at a constant flow rate of v p, the total number of particles adsorbed Na on the wall as a function of time t is written:
où x = L. Le profil de rétention p(x), c’est-à-dire le nombre de particules adsorbées à une paroi entre la longueur x et la longueur x+dx correspond à :where x = L. The retention profile p (x), that is to say the number of particles adsorbed on a wall between the length x and the length x + dx corresponds to:
(8) où(8) where
c/Λ Λ (9)c / Λ Λ (9)
ADxADx
2AkTUrr2AkTU r r
1/2 (10) et où K est une constante de normalisation. Cette expression est différente des lois de déposition connues, en particulier des lois de Leveque (Leveque, /VI., 1928, Les lois de transmission de ia chaleur par convection, Faculté des Sciences, Paris, France), de Levich (Levich, V., 1962, Physical1/2 (10) and where K is a normalization constant. This expression is different from the known deposition laws, in particular from the laws of Leveque (Leveque, / VI., 1928, The laws of heat transmission by convection, Faculté des Sciences, Paris, France), of Levich (Levich, V ., 1962, Physical
Hydrodynamics, Prentice-hall, Englewood Ciiffs, New Jersey, USA) et d’une loi suivant une théorie conforme des champs.Hydrodynamics, Prentice-hall, Englewood Ciiffs, New Jersey, USA) and a law following a conforming field theory.
EXEMPLE DE MISE EN ŒUVREEXAMPLE OF IMPLEMENTATION
Système de mesure • GénéralitésMeasuring system • General
La figure 2 illustre un système 3 de mesure d’une grandeur caractérisant une propriété intervenant dans l’adhésion entre un ensemble de particules 1 en suspension liquide et type de surface donné 2, et en particulier un système de mesure de la constante de Hamaker entre ledit ensemble en suspension et ledit type de surface et/ou le potentiel zêta dudit ensemble en suspensionFIG. 2 illustrates a system 3 for measuring a quantity characterizing a property involved in the adhesion between a set of particles 1 in liquid suspension and given surface type 2, and in particular a system for measuring the Hamaker constant between said suspension assembly and said surface type and / or the zeta potential of said suspension assembly
Le système 3 comprend au moins un système fluidique 8, comprenant lui-même au moins un canal fluidique 4.The system 3 comprises at least one fluid system 8, itself comprising at least one fluid channel 4.
Le canal fluidique 4 comprend une entrée 5 et une sortie 6. Le canal fluidique 4 peut être, comme illustré dans la figure 2, un canal rectiligne. La section du canal peut être également rectangulaire. Le canal fluidique 4 est formé au moins en partie par une paroi au moins une partie correspond au type de surface à tester.The fluid channel 4 comprises an inlet 5 and an outlet 6. The fluid channel 4 can be, as illustrated in FIG. 2, a straight channel. The section of the channel can also be rectangular. The fluid channel 4 is formed at least in part by a wall at least part of which corresponds to the type of surface to be tested.
La géométrie du canal fluidique 4 est adaptée à ce que la direction de la vitesse moyenne d’un écoulement dans le canal fluidique 4 soit parallèle à la paroi intérieure 2. Ainsi, le rôle de l’advection des particules par le liquide dans l’adsorption des particules à la paroi est minimisé, voire nul, car le liquide ne les pousse pas vers la paroi 2. De cette manière, le nombre de particules adsorbées résulte, dans des conditions de force ionique adaptées, directement des interactions de van der Waals entre la paroi, les particules et le liquide de la suspension. De manière générale et a minima, la direction moyenne de la vitesse du liquide dans une couche dont l’épaisseur est supérieure au rayon d’une particule est parallèle à la paroi. Un canal adapté à un tel écoulement peut être réalisé par l’homme du métier en utilisant des techniques de modélisation connues, comme la modélisation par la méthode des éléments finis de l’écoulement dans le canal fluidique.The geometry of the fluid channel 4 is adapted so that the direction of the average speed of a flow in the fluid channel 4 is parallel to the interior wall 2. Thus, the role of the advection of the particles by the liquid in the adsorption of particles to the wall is minimized, or even zero, because the liquid does not push them towards the wall 2. In this way, the number of adsorbed particles results, under suitable ionic strength conditions, directly from van der Waals interactions between the wall, the particles and the suspension liquid. Generally and at a minimum, the average direction of the speed of the liquid in a layer whose thickness is greater than the radius of a particle is parallel to the wall. A channel suitable for such a flow can be produced by a person skilled in the art using known modeling techniques, such as modeling by the finite element method of the flow in the fluid channel.
Dans l’exemple de réalisation illustré dans la figure 2, le canal fluidique est réalisé en polydiméthylsiloxane (PDMS). Une première partie du canal peut être fabriquée selon des techniques de lithographie molle connues. Une lame en verre peut être recouverte d’une fine couche de PDMS par enduction centrifuge, elle-même réticulée. La surface de la fine couche de PDMS peut être traitée par un plasma à oxygène puis liée à la première partie du canal en PDMS de manière à former le canal. De manière générale, la partie de la surface 2 à tester peut être transparente, de manière à imager les particules 1 dans le canal 4 ou adsorbées à la paroi 2 par un système de détection optique. Deux parois opposées dans un canal fluidique 4, par exemple en bas et en haut du canal, peuvent également être transparentes, de manière à imager les particules adsorbées à l’une des parois par transmission.In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the fluid channel is made of polydimethylsiloxane (PDMS). A first part of the channel can be manufactured using known soft lithography techniques. A glass slide can be covered with a thin layer of PDMS by centrifugal coating, which is itself crosslinked. The surface of the thin layer of PDMS can be treated with an oxygen plasma and then bonded to the first part of the channel in PDMS so as to form the channel. In general, the part of the surface 2 to be tested can be transparent, so as to image the particles 1 in the channel 4 or adsorbed on the wall 2 by an optical detection system. Two opposite walls in a fluid channel 4, for example at the bottom and at the top of the channel, can also be transparent, so as to image the particles adsorbed on one of the walls by transmission.
Le système fluidique 8 peut également comprendre un canal de distribution 12 permettant de distribuer la suspension dans différents canaux fluidiques 4 parallèles.The fluid system 8 can also include a distribution channel 12 allowing the suspension to be distributed in different parallel fluid channels 4.
• Système d’injection• Injection system
Le système 3 comprend également un système d’injection 10 d’une suspension de particules 1. Ce système d’injection 10 comprend au moins un réservoir contenant la suspension de particules 1. Le système d’injection 10 peut également comprendre plusieurs réservoirs de manière à injecter simultanément plusieurs types de particules 1 en parallèle. L’injection et l’écoulement de la suspension dans un canal peut être entraînée et/ou contrôlée par une pompe, un pousse-seringue ou un contrôleur de pression. La flèche en trait continu partant du système d’injection 10 vers le système fluidique 8 correspond à une liaison fluidique.The system 3 also comprises a system 10 for injecting a suspension of particles 1. This injection system 10 comprises at least one reservoir containing the suspension of particles 1. The injection system 10 can also comprise several reservoirs so to simultaneously inject several types of particles 1 in parallel. The injection and flow of the suspension into a channel can be driven and / or controlled by a pump, a syringe pump or a pressure controller. The arrow in solid line from the injection system 10 to the fluid system 8 corresponds to a fluid connection.
• /Moyens de détection• / Detection means
Le système 3 comprend également une unité de détection 7 de particules adsorbées à la paroi 2. Cette unité de détection 7 peut être un microscope inversé relié à une caméra, permettant d’imager et de mesurer le nombre de particules adhérentes à la paroi 2 lorsque la paroi est transparente. D’autres systèmes, comme un microscope simple ou un appareil photo/appareil photo numérique, peuvent être mis en œuvre pour détecter les particules adhérentes à la paroi.The system 3 also includes a detection unit 7 of particles adsorbed on the wall 2. This detection unit 7 can be an inverted microscope connected to a camera, making it possible to image and measure the number of particles adhering to the wall 2 when the wall is transparent. Other systems, such as a simple microscope or a digital camera / camera, can be used to detect particles adhering to the wall.
L’unité de détection 7 peut être reliée à une unité de contrôle 9. L’unité de contrôle 9 comprend par exemple un processeur (calculateur), des moyens de mémoire et des moyens d’interface, par exemple pour afficher à l’utilisateur le résultat de la mesure. Elle peut être également reliée au système d’injection 10 qu’elle commande.The detection unit 7 can be connected to a control unit 9. The control unit 9 comprises for example a processor (computer), memory means and interface means, for example for displaying to the user the result of the measurement. It can also be connected to the injection system 10 that it controls.
• Cas pluri-canaux• Multi-channel case
La figure 3 illustre schématiquement un système fluidique 8 comprenant plusieurs canaux fluidiques 4 agencés en parallèle (ou en dérivation). L’ensemble des canaux 4 est relié au système d’injection 10 par un canal de distribution 12 permettant de distribuer la suspension dans chacun des différents canaux en parallèle. Le circuit fluidique illustré dans la figure 3 permet de réaliser plusieurs mesures d’un paramètre représentatif d’une interaction de van der Waals en parallèle, par exemple de la constante de Hamaker A. Plusieurs systèmes fluidiques 8 peuvent également être utilisés en parallèle, de manière à mesurer de manière simultanée un/des paramètres d’adhésion, en faisant par exemple varier le matériau de la paroi 2, les matériaux des particules 1 de la suspension, le solvant et/ou la force ionique du solvant de la suspension de particules 1. D’autres différences peuvent caractériser les canaux 4 d’un même système fluidique 8 peuvent (par exemple les traitements physico-chimiques de la paroi 2).FIG. 3 schematically illustrates a fluidic system 8 comprising several fluidic channels 4 arranged in parallel (or in bypass). All of the channels 4 are connected to the injection system 10 by a distribution channel 12 making it possible to distribute the suspension in each of the different channels in parallel. The fluid circuit illustrated in FIG. 3 makes it possible to carry out several measurements of a parameter representative of a van der Waals interaction in parallel, for example of the Hamaker constant A. Several fluid systems 8 can also be used in parallel, so as to simultaneously measure one or more adhesion parameters, for example by varying the material of the wall 2, the materials of the particles 1 of the suspension, the solvent and / or the ionic strength of the solvent of the suspension of particles 1. Other differences can characterize the channels 4 of the same fluidic system 8 can (for example the physico-chemical treatments of the wall 2).
Etapes de mesureMeasuring steps
La figure 4 illustre différentes étapes d’une mesure.Figure 4 illustrates different steps of a measurement.
• Injection - conditions du régime VdW• Injection - conditions of the VdW regime
Lors de l’étape a), l’utilisateur injecte la suspension de particules entre une entrée 5 et une sortie 6 d’un ou de plusieurs canaux fluidiques 4. L’injection est contrôlée par un système d’injection 10. La géométrie du canal fluidique est configurée, pour que la direction moyenne de l’écoulement 11, lors de l’injection, soit parallèle à la paroi 2 du canal fluidique 4.During step a), the user injects the suspension of particles between an inlet 5 and an outlet 6 of one or more fluid channels 4. The injection is controlled by an injection system 10. The geometry of the fluid channel is configured so that the mean direction of flow 11, during injection, is parallel to the wall 2 of the fluid channel 4.
De préférence, on injecte la suspension dans le canal fluidique 4 de manière à se placer dans le régime VdW.Preferably, the suspension is injected into the fluid channel 4 so as to be placed in the VdW regime.
A cet effet, on peut, avant d’injecter la suspension dans le canal fluidique 4, calculer les conditions permettant de se placer dans ce régime, de manière à satisfaire l’inéquation de la formule (7). On peut choisir la vitesse Ur du fluide à une distance à la paroi 2 égale au rayon moyen r des particules supérieure à (Z.D.k.T)/ÇA.r2). Cette vitesse dépend de la géométrie du canal fluidique 4 et/ou du débit contrôlé par le système d’injection 10.To this end, it is possible, before injecting the suspension into the fluid channel 4, to calculate the conditions making it possible to place oneself in this regime, so as to satisfy the inequality of formula (7). The speed U r of the fluid can be chosen at a distance from the wall 2 equal to the mean radius r of the particles greater than (ZDkT) /ÇA.r 2 ). This speed depends on the geometry of the fluid channel 4 and / or on the flow rate controlled by the injection system 10.
Une approximation de la constante de Hamaker A peut être calculée à partir de plusieurs valeurs de la constante de Hamaker d’un seul matériau avant l’étape a). Ces valeurs de A, correspondant à un seul matériau, peuvent être enregistrées sous la forme d’une bibliothèque dans la mémoire du système de mesure 3. Elles peuvent également être inscrites dans la mémoire du système de mesure 3 par un utilisateur. Dans le cas d’une suspension comprenant des particules 1 dans un premier matériau A, interagissant avec une paroi dans un second matériau B et en suspension dans un liquide C, la constante de Hamaker peut être approximée de manière connue par la formule (10) :An approximation of the Hamaker constant A can be calculated from several values of the Hamaker constant of a single material before step a). These values of A, corresponding to a single material, can be saved in the form of a library in the memory of the measuring system 3. They can also be written in the memory of the measuring system 3 by a user. In the case of a suspension comprising particles 1 in a first material A, interacting with a wall in a second material B and in suspension in a liquid C, the Hamaker constant can be approximated in a known manner by the formula (10) :
(λ/ ΑΛΛ y/ Acc)Qj ABB yfÂcc) (10) où Aaa est la constante de Hamaker du matériau A mesurée dans le vide, Abb est la constante de Hamaker du matériau B mesurée dans le vide et Acc est la constante de Hamaker du matériau/liquide C mesurée dans le vide.(λ / Α ΛΛ y / A cc ) Qj A BB yfÂcc) (10) where Aaa is the Hamaker constant of material A measured in vacuum, Abb is the Hamaker constant of material B measured in vacuum and Acc is the Hamaker constant of the material / liquid C measured in a vacuum.
La constante peut être également estimée par une autre équation d’approximation, l’approximation Lifshitz (Israelachvili, J., 2011, Intermolecular and Surface Forces, Academie Press; Leite, F.L., Beuno, C.C., Da Roz, A.L. Ziemath, E.C., and Oliviera, Jr., O.N., 2012, Theoretical models for surface forces and adhesion and their measurement using atomic force microscopy, Int. J. Mol. Sci., 13 : 12773-12856), qui prend en compte les propriétés diélectriques des matériaux (matériaux A et B dans un liquide C) ainsi que ses indices de réfraction, dont le terme complet est connu par la formule :The constant can also be estimated by another approximation equation, the Lifshitz approximation (Israelachvili, J., 2011, Intermolecular and Surface Forces, Academie Press; Leite, FL, Beuno, CC, Da Roz, AL Ziemath, EC, and Oliviera, Jr., ON, 2012, Theoretical models for surface forces and adhesion and their measurement using atomic force microscopy, Int. J. Mol. Sci., 13: 12773-12856), which takes into account the dielectric properties of materials (materials A and B in a liquid C) as well as its refractive indices, the full term of which is known by the formula:
(11) où ε est la constante ou la permittivité diélectrique du matériau, h est la constante de Planck, n est l’indice de réfraction et vc est la fréquence d’absorption électronique. Les indices A et B correspondent respectivement aux surfaces des matériaux A et B et l’indice C correspond au milieu (c’està-dire au liquide de la suspension).(11) where ε is the constant or the dielectric permittivity of the material, h is the Planck constant, n is the refractive index and v c is the frequency of electronic absorption. The indices A and B correspond respectively to the surfaces of the materials A and B and the index C corresponds to the medium (that is to say to the liquid of the suspension).
L’approximation de Lifshitz est plus rigoureuse puisqu’elle donne les interactions van der Waals en fonction des propriétés électrodynamiques macroscopiques du milieu telles que les permittivités diélectriques and les indices de réfraction. Certains utilisent la formule (10) alors que d’autres utilisent la formule (11 ).The Lifshitz approximation is more rigorous since it gives the van der Waals interactions as a function of the macroscopic electrodynamic properties of the medium such as the dielectric permittivities and the refractive indices. Some use formula (10) while others use formula (11).
La force ionique et/ou la concentration saline du liquide de la suspension de particules 1 peut être choisie de manière à ce que la longueur de Debye Ad soit inférieure à 10 nm, de préférence à 5 nm et de préférence à 2 nm. Les méthodes de calcul de la longueur de Debye en fonction de la concentration saline sont connues. Ce choix de la concentration saline et/ou de la force ionique permet de se placer également dans le régime de VdW, dans lequel les interactions électrostatiques sont négligeables par rapport aux interactions de VdW.The ionic strength and / or the salt concentration of the liquid of the suspension of particles 1 can be chosen so that the length of Debye Ad is less than 10 nm, preferably 5 nm and preferably 2 nm. The methods for calculating the length of Debye as a function of the salt concentration are known. This choice of saline concentration and / or ionic strength also makes it possible to place oneself in the VdW regime, in which the electrostatic interactions are negligible compared to the VdW interactions.
• Mesure du nombre de particules adsorbées• Measurement of the number of particles adsorbed
Lors de l’étape b), on mesure le nombre de particules adsorbées à la paroi 2 du canal fluidique 4, sur une surface de longueur i dans le sens de l’écoulement. Cette mesure peut être réalisée pendant l’injection de l’étape a), à un temps t après le début de l’injection dans le canal fluidique 4. Un procédé permettant de compter et/ou de mesurer le nombre de particules adsorbées sur la paroi 2 ou sur une partie de la paroi 2 est illustré schématiquement dans la figure 5.During step b), the number of particles adsorbed on the wall 2 of the fluid channel 4 is measured on a surface of length i in the direction of flow. This measurement can be carried out during the injection of step a), at a time t after the start of injection into the fluid channel 4. A method making it possible to count and / or measure the number of particles adsorbed on the wall 2 or on part of wall 2 is shown diagrammatically in FIG. 5.
Les conditions de concentration des particules 1 en suspension, la vitesse d’injection de la suspension dans le ou les canaux et la géométrie du ou des canaux sont adaptés à éviter la formation d’un bouchon ou d’agrégats dans le ou les canaux.The conditions of concentration of the particles 1 in suspension, the speed of injection of the suspension into the channel or channels and the geometry of the channel or channels are adapted to avoid the formation of a plug or of aggregates in the channel or channels.
Au moins une image ou un film de la partie de paroi 2 est réalisé par Tunité de détection 7 décrite dans la figure 1 pendant l’injection correspondant à l’étape a) de la figure 4. Un détecteur optique, tel qu’un capteur CCD ou CMOS intégré dans une caméra peut imager la partie de paroi 2.At least one image or film of the wall part 2 is produced by the detection unit 7 described in FIG. 1 during the injection corresponding to step a) of FIG. 4. An optical detector, such as a sensor CCD or CMOS integrated in a camera can image the wall part 2.
De manière à vérifier qu’une mesure est réalisée dans des conditions permettant d’éviter les bouchons et la formation d’agrégats, un traitement d’images comprenant un seuillage, une détection des objets immobiles dans le ou les canaux ainsi qu’une mesure de leur rayon permet de discriminer les particules adsorbées d’éventuels agrégats, de taille caractéristique plus élevée, en connaissant au préalable le rayon des particules 1.In order to verify that a measurement is carried out under conditions making it possible to avoid blockages and the formation of aggregates, an image processing comprising a thresholding, a detection of the objects stationary in the channel or channels as well as a measurement their radius makes it possible to discriminate the adsorbed particles from possible aggregates, of larger characteristic size, by knowing beforehand the radius of the particles 1.
L’unité de contrôle 9 peut également être configurée pour réaliser une série de mesures du nombre de particules adsorbées à la paroi 2 à intervalles de temps réguliers (par exemple 0,5 secondes), depuis le début de l’injection jusqu’à un temps maximum (par exemple 60 secondes).The control unit 9 can also be configured to carry out a series of measurements of the number of particles adsorbed on the wall 2 at regular time intervals (for example 0.5 seconds), from the start of the injection to a maximum time (for example 60 seconds).
La figure 5 illustre un procédé permettant de mesurer le nombre de particules adsorbées à la paroi 2 et de calculer la constante de Hamaker A.FIG. 5 illustrates a method making it possible to measure the number of particles adsorbed on wall 2 and to calculate the Hamaker constant A.
L’utilisateur peut entrer ou sélectionner parmi une bibliothèque des paramètres initiaux (étape d) de la figure 5), tels que la vitesse de l’écoulement dans le canal fluidique, la taille des particules, leur concentration et les dimensions du canal fluidique 4. L’utilisateur peut aussi entrer des paramètres relatifs aux interactions électrostatiques (étape e) de la figure 5), permettant par exemple de quantifier les forces d’interaction électrostatique entre la paroi et les particules.The user can enter or select from a library of initial parameters (step d) of FIG. 5), such as the speed of the flow in the fluid channel, the size of the particles, their concentration and the dimensions of the fluid channel 4 The user can also enter parameters relating to the electrostatic interactions (step e) of FIG. 5), making it possible for example to quantify the forces of electrostatic interaction between the wall and the particles.
Lors de l’étape b) de la figure 4 ou après l’étape b) de la figure 4, Tunité de contrôle 9 peut charger les images enregistrées par le système de mesure 7 (étape f de la figure 5).During step b) of FIG. 4 or after step b) of FIG. 4, the control unit 9 can load the images recorded by the measurement system 7 (step f of FIG. 5).
Ces images peuvent ensuite être seuillées ou plus généralement modifiées (étape g) de la figure 5) de manière à pouvoir compter seulement les particules 1 adsorbées à la paroi. L’unité de contrôle 9 peut être configurée pour réaliser une superposition d’image ou une comparaison des valeurs des pixels de chaque image, de manière à discriminer les particules en advection dans un canal des particules adsorbées sur une partie de la paroi 2. Cette étape peut être réalisée en superposant les pixels d’une série d’image donnée, de manière à garder seulement une valeur extrême des pixels pour chacune des images de la série.These images can then be thresholded or more generally modified (step g) of FIG. 5) so as to be able to count only the particles 1 adsorbed on the wall. The control unit 9 can be configured to perform an image overlay or a comparison of the values of the pixels of each image, so as to discriminate the particles in advection in a channel from the particles adsorbed on a part of the wall 2. This step can be carried out by superimposing the pixels of a given image series, so as to keep only an extreme value of the pixels for each of the images in the series.
L’unité de contrôle 9 peut ensuite compter le nombre de particules 1 adsorbées à la paroi 2 à partir des images modifiées, soit calculer le nombre Na de particules adsorbées à la paroi 2 (étape h) de la figure 5).The control unit 9 can then count the number of particles 1 adsorbed on the wall 2 from the modified images, or calculate the number Na of particles adsorbed on the wall 2 (step h) of FIG. 5).
Le calcul de Na peut correspondre à plusieurs moments de l’étape a) de la figure 4. Si la vitesse Ur des particules 1 n’est pas un paramètre d’entrée, l’unité de contrôle 9 peut également être configurée pour la calculer à partir de films enregistrés pendant l’étape a) par le système de mesure 7 (étape k) de la figure 5).The calculation of Na can correspond to several moments of step a) of FIG. 4. If the speed U r of the particles 1 is not an input parameter, the control unit 9 can also be configured for the calculate from films recorded during step a) by the measurement system 7 (step k) of FIG. 5).
L’unité de contrôle 9 peut constituer une courbe de Na (nombre total de particules déposées sur la paroi de longueur l et de largeur w en fonction du temps t) en fonction du temps puis déterminer la gamme de temps dans laquelle Na évolue de manière linéaire (étapes i) et j) de la figure 5).The control unit 9 can constitute a curve of Na (total number of particles deposited on the wall of length l and width w as a function of time t) as a function of time and then determine the time range in which Na evolves so linear (steps i) and j) of Figure 5).
• Calcul des grandeurs mesurées• Calculation of the measured quantities
Lors de l’étape c) de la figure 4, on calcule la ou les grandeurs d’adhésion entre les particules 1 et la paroi intérieure 2 à partir du nombre de particules mesurées Na dans l’étape b) à un temps t compris dans la plage d’évolution linéaire de Na.During step c) of FIG. 4, the adhesion quantity or quantities between the particles 1 and the interior wall 2 are calculated from the number of particles measured Na in step b) at a time t included in the linear evolution range of Na.
La grandeur mesurée peut être la constante de Hamaker du système comportant les particules 1 en suspension dans un liquide, aptes à être adsorbées par la paroi 2. La valeur de la constante de Hamaker A peut être calculée, par l’unité de contrôle 9, en utilisant les formules (12) et (13) suivantes, explicitant la formule (8) :The quantity measured can be the Hamaker constant of the system comprising the particles 1 suspended in a liquid, capable of being adsorbed by the wall 2. The value of the Hamaker constant A can be calculated, by the control unit 9, using the following formulas (12) and (13), explaining formula (8):
A = (12) où 5=Μ_ήΐ^(£) (13) où Na est le nombre total de particules déposées sur la paroi de longueur l et de largeur w en fonction du temps t, et où la fonction S est la cinétique de déposition des particules (étapes l) et m) de la figure 5).A = (12) where 5 = Μ_ήΐ ^ (£) (13) where Na is the total number of particles deposited on the wall of length l and width w as a function of time t, and where the function S is the kinetics of deposition of the particles (steps l) and m) of FIG. 5).
Ce calcul est particulièrement adapté au cas où la concentration en sel est supérieure ou égale à 0,5 M. Si la concentration en sel dans la suspension est strictement inférieure à 0,5 M, l’unité de contrôle 9 peut calculer la valeur de S à partir de paramètres électrostatiques sélectionnés ou enregistrés par un utilisateur, puis calculer la valeur de la constante de Hamaker A par la formule 12.This calculation is particularly suitable for the case where the salt concentration is greater than or equal to 0.5 M. If the salt concentration in the suspension is strictly less than 0.5 M, the control unit 9 can calculate the value of S from electrostatic parameters selected or recorded by a user, then calculate the value of the Hamaker constant A by formula 12.
• Exemples de microphotographies• Examples of photomicrographs
Le panneau A de la figure 6 est une microphotographie des particulesPanel A in Figure 6 is a photomicrograph of the particles
I dans le canal fluidique 4 lors de l’étape a). La longueur / de la paroi imagée est égale à 400 pm et la largeur de la paroi imagée w est égale à 100 pm. Les particules 1 visibles peuvent être des particules adsorbées à la paroi et/ou des particules transportées dans le canal fluidique 4 à une vitesse Ur. Le panneau B de la figure 6 est une microphotographie modifiée selon l’étape g) de la figure 5. La longueur / de la paroi imagée est égale à 400 pm et la largeur de la paroi imagée w est égale à 100 pm Un seuillage et une superposition d’images permettent de détecter et/ou de compter uniquement les particules adsorbées à la paroi (correspondant aux points blancs). Dans les panneaux A et B de la figure 6, l’entrée 5 du canal fluidique 4 est à gauche de chaque microphotographie. La direction de l’écoulementI in the fluid channel 4 during step a). The length of the imaged wall is equal to 400 μm and the width of the imaged wall w is equal to 100 μm. The visible particles 1 can be particles adsorbed on the wall and / or particles transported in the fluid channel 4 at a speed U r . Panel B in FIG. 6 is a modified photomicrograph according to step g) of FIG. 5. The length / of the pictured wall is equal to 400 μm and the width of the pictured wall w is equal to 100 μm A threshold and an overlay of images makes it possible to detect and / or count only the particles adsorbed on the wall (corresponding to the white dots). In panels A and B in FIG. 6, the inlet 5 of the fluid channel 4 is to the left of each photomicrograph. The direction of flow
II est illustrée par des flèches noires.It is illustrated by black arrows.
• Exemples de résultats• Examples of results
La figure 7 illustre l’adsorption de particules 1 dans deux systèmes de mesure 3 dans lesquels les parois 2 sont différentes, en régime VdW. Les particules sont en polystyrène dont la surface est non-fonctionnalisée. La vitesse moyenne de l’écoulement 11 est de 1 mm/s. Les paramètres du système de mesure 3 sont choisis tels que ξι/ÇA/kT) = 0.0041. La concentration en NaCl est égale à 1 M. Le panneau A de la figure 7 illustre des particules adsorbées à une paroi 2 hydrophobe. Le panneau B de la figure 7 illustre des particules adsorbées à une paroi 2 hydrophile. Le panneau C est un diagramme illustrant l’évolution de Na dans le temps. Les cercles correspondent aux mesures de Na réalisées avec une paroi 2 hydrophobe illustrée dans le panneau A de la figure 7. Les triangles correspondent aux mesures de Na réalisées avec une paroi 2 hydrophile illustrée dans le panneau B de la figure 7. La cinétique d’adsorption des particules est significativement différente en fonction du traitement de surface de la paroi 2 choisi (hydrophile ou hydrophobe).FIG. 7 illustrates the adsorption of particles 1 in two measurement systems 3 in which the walls 2 are different, in VdW regime. The particles are made of polystyrene, the surface of which is non-functionalized. The average speed of the flow 11 is 1 mm / s. The parameters of the measurement system 3 are chosen such that ξι / ÇA / kT) = 0.0041. The NaCl concentration is equal to 1 M. Panel A in FIG. 7 illustrates particles adsorbed on a hydrophobic wall 2. Panel B in FIG. 7 illustrates particles adsorbed on a hydrophilic wall 2. Panel C is a diagram illustrating the evolution of Na over time. The circles correspond to the Na measurements made with a hydrophobic wall 2 illustrated in panel A in FIG. 7. The triangles correspond to the Na measurements carried out with a hydrophilic wall 2 illustrated in panel B in FIG. 7. The kinetics of adsorption of particles is significantly different depending on the surface treatment of wall 2 chosen (hydrophilic or hydrophobic).
La figure 8 illustre l’adsorption de particules 1 dans deux systèmes de mesure 3 dans lesquels les parois 2 sont différentes, en régime diffusif. Les particules sont en polystyrène dont la surface est fonctionnalisée et adaptée à la détection par fluorescence. La vitesse moyenne de l’écoulement 11 est de 1 mm/s. Les paramètres du système de mesure 3 sont choisis tels que ξι/ÇA/kT) = 1.06. La concentration en NaCl est égale à 1 M. Le panneau A de la figure 8 illustre des particules adsorbées à une paroi 2 hydrophobe. Le panneau B de la figure 8 illustre des particules adsorbées à une paroi 2 hydrophile. Le panneau C est un diagramme illustrant l’évolution de Na dans le temps. Les cercles correspondent aux mesures de Na réalisées avec une paroi 2 hydrophobe illustrée dans le panneau A de la figure 8. Les triangles correspondent aux mesures de Na réalisées avec une paroi 2 hydrophile illustrée dans le panneau B de la figure 8. Aucune différence significative n’est observable entre les mesures réalisées avec une paroi 2 hydrophile ou avec une paroi 2 hydrophobe en régime diffusif.FIG. 8 illustrates the adsorption of particles 1 in two measurement systems 3 in which the walls 2 are different, in diffusive regime. The particles are made of polystyrene, the surface of which is functionalized and suitable for detection by fluorescence. The average speed of the flow 11 is 1 mm / s. The parameters of the measurement system 3 are chosen such that ξι / ÇA / kT) = 1.06. The NaCl concentration is equal to 1 M. Panel A in FIG. 8 illustrates particles adsorbed on a hydrophobic wall 2. Panel B in FIG. 8 illustrates particles adsorbed on a hydrophilic wall 2. Panel C is a diagram illustrating the evolution of Na over time. The circles correspond to the Na measurements made with a hydrophobic wall 2 illustrated in panel A in FIG. 8. The triangles correspond to the Na measurements carried out with a hydrophilic wall 2 illustrated in panel B in FIG. 8. No significant difference n 'is observable between the measurements made with a hydrophilic wall 2 or with a hydrophobic wall 2 in diffusive regime.
La figure 9 est un diagramme illustrant l’évolution de Na avec le temps. Les cercles illustrent des moyennes des mesures de Na sur plusieurs canaux fluidiques 4 et les lignes discontinues correspondent à l’évolution théoriques de Na, qui est en accord avec la simulation numérique. Dans cet exemple de mise en œuvre, la paroi 2 est hydrophobe, r = 2,5 pm, la hauteur h du canal fluidique (selon z) est h = 20 pm, φ = 0,3 % et / = 400 pm. Les différentes courbes correspondent à différentes vitesses de l’écoulement 11 imposées lors de l’étape a).Figure 9 is a diagram illustrating the evolution of Na over time. The circles show averages of the Na measurements on several fluid channels 4 and the broken lines correspond to the theoretical evolution of Na, which is in agreement with the numerical simulation. In this example of implementation, the wall 2 is hydrophobic, r = 2.5 pm, the height h of the fluid channel (along z) is h = 20 pm, φ = 0.3% and / = 400 pm. The different curves correspond to different speeds of the flow 11 imposed during step a).
La figure 10 est un diagramme illustrant l’évolution de Na avec le temps. Les triangles illustrent des moyennes des mesures de Na sur plusieurs canaux fluidiques 4 et les lignes discontinues correspondent à l’évolution théoriques de Na, qui est en accord avec la simulation numérique. Dans cet exemple de mise en œuvre, la paroi 2 est hydrophile, r = 2,5 pm, la hauteur h du canal fluidique (selon z) est h = 20 pm, φ = 0,3 % et / = 400 pm. Les différentes courbes correspondent à différentes vitesses de l’écoulement 11 imposées lors de l’étape a).Figure 10 is a diagram illustrating the evolution of Na over time. The triangles illustrate averages of the Na measurements on several fluid channels 4 and the broken lines correspond to the theoretical evolution of Na, which is in agreement with the numerical simulation. In this implementation example, the wall 2 is hydrophilic, r = 2.5 pm, the height h of the fluid channel (along z) is h = 20 pm, φ = 0.3% and / = 400 pm. The different curves correspond to different speeds of the flow 11 imposed during step a).
La figure 11 est un diagramme illustrant des valeurs de la constante de Hamaker calculées par un système de mesure 3 pour différentes valeurs de ξι. Chacun des points correspond à une mesure réalisée selon le procédé illustré dans la figure 4. Les points croisant la ligne (a) correspondent à des mesures dans lesquelles les particules sont en polystyrène et la paroi 2 est hydrophobe. Les points croisant la ligne (b) correspondent à des mesures dans lesquels les particules sont également en polystyrène et la paroi 2 est hydrophile. Pour l’ensemble des mesures (a) (paroi 2 hydrophobe), la valeur de la constante de Hamaker calculée par le système est A = 8,0 ± 0,4 .10'21 J. Pour l’ensemble des mesures (b) (paroi 2 hydrophile), la valeur de la constante de Hamaker calculée par le système est A = 3.0 ± 0,1 .10'22 J.FIG. 11 is a diagram illustrating values of the Hamaker constant calculated by a measurement system 3 for different values of ξι. Each of the points corresponds to a measurement carried out according to the method illustrated in FIG. 4. The points crossing the line (a) correspond to measurements in which the particles are made of polystyrene and the wall 2 is hydrophobic. The points crossing line (b) correspond to measurements in which the particles are also made of polystyrene and the wall 2 is hydrophilic. For the set of measurements (a) (hydrophobic wall 2), the value of the Hamaker constant calculated by the system is A = 8.0 ± 0.4. 10 '21 J. For the set of measurements (b ) (hydrophilic wall 2), the value of the Hamaker constant calculated by the system is A = 3.0 ± 0.1 .10 '22 J.
La figure 12 est un diagramme de phase illustrant différents régimes de cinétique d’adsorption de particules 1. Les transitions de phase dépendent de la concentration en sel C (en abscisse) dans la suspension et de 1 /ξι (égal à Urr2/LD, en ordonnée). Le régime (a) correspond au régime VdW, dans lequel la cinétique d’adsorption des particules 1 est gouvernée par les forces d’attraction de van der Waals entre les particules 1 et la paroiFIG. 12 is a phase diagram illustrating different regimes of particle adsorption kinetics 1. The phase transitions depend on the concentration of salt C (on the abscissa) in the suspension and on 1 / ξι (equal to U r r 2 / LD, on the ordinate). The regime (a) corresponds to the VdW regime, in which the adsorption kinetics of the particles 1 are governed by the van der Waals attraction forces between the particles 1 and the wall
2. Le régime (b) correspond au régime diffusif, dans lequel la cinétique d’adsorption des particules 1 est gouvernée par le mouvement brownien des particules 1. Le régime (c) correspond à un régime dans lequel la cinétique d’adsorption est gouvernée par les forces de répulsions électrostatique entre les particules 1 et la paroi 2. Dans le régime (c), l’épaisseur de la couche de Debye autour des surfaces de la paroi 2 et/ou des particules 1 est élevée, c’est-à-dire par exemple supérieure à 5 nm.2. The regime (b) corresponds to the diffusive regime, in which the adsorption kinetics of the particles 1 is governed by the Brownian motion of the particles 1. The regime (c) corresponds to a regime in which the adsorption kinetics is governed by the electrostatic repulsion forces between the particles 1 and the wall 2. In the regime (c), the thickness of the Debye layer around the surfaces of the wall 2 and / or of the particles 1 is high, that is to say ie for example greater than 5 nm.
La limite théorique entre le régime (a) et le régime (b) (horizontale dans la figure 12) correspond à = A/kT, où le régime (a) est décrit lorsque Urr2/LD est supérieur à kT/A.The theoretical limit between the regime (a) and the regime (b) (horizontal in figure 12) corresponds to = A / kT, where the regime (a) is described when U r r 2 / LD is greater than kT / A .
La limite théorique entre le régime (a) et le régime (c) ainsi qu’entre le régime (b) et le régime (c) (limite verticale dans le diagramme de la figure 12) correspond à une concentration Co permettant de résoudre l’équation de la formule (14) :The theoretical limit between the regime (a) and the regime (c) as well as between the regime (b) and the regime (c) (vertical limit in the diagram in FIG. 12) corresponds to a concentration Co making it possible to solve the equation of formula (14):
ArAr
24e’2ZÂ0 (14) où e est la constante de Neper, et χ est définit par la formule (14) :24e ' 2 ZÂ 0 (14) where e is the Neper constant, and χ is defined by the formula (14):
X = 4πεε0ζ„ζρν (15) où (w est le potentiel zêta de la paroi, ζρ est le potentiel zêta d’une particule, ε est la constante diélectrique ou la permittivité diélectrique du liquide et εο est la permittivité du vide.X = 4πεε 0 ζ „ζ ρ ν (15) where ( w is the zeta potential of the wall, ζ ρ is the zeta potential of a particle, ε is the dielectric constant or the dielectric permittivity of the liquid and εο is the permittivity emptiness.
Ainsi, une mesure dans le régime VdW correspond à une force ionique ou une concentration en sel du liquide choisie de manière à ce que la longueur de Debye Ad soit inférieure à Α/(4Οεεοζιζρ) .Thus, a measurement in the VdW regime corresponds to an ionic strength or a salt concentration of the liquid chosen so that the length of Debye Ad is less than Α / (4Οεε ο ζ ι ζ ρ ).
Ainsi, le potentiel zêta des particules 1 peut être déterminé après avoir mesuré la valeur de la constante de Hamaker A. Le système peut être configuré pour réaliser une gamme de mesures à différentes concentrations C en sel de manière à déterminer la concentration Co correspondant à un changement de régime entre (a) et (c), correspondant à la formule (13). La concentration Co correspond à la concentration au-dessous de laquelle les particules n’adhèrent pas à la paroi 2. L’unité de contrôle 9 peut alors déterminer ζρ à partir des formules (14) et (15), et en particulier à partir de la constante de Hamaker et de la concentration Co.Thus, the zeta potential of the particles 1 can be determined after having measured the value of the Hamaker constant A. The system can be configured to carry out a range of measurements at different concentrations C of salt so as to determine the concentration Co corresponding to a change of regime between (a) and (c), corresponding to formula (13). The concentration Co corresponds to the concentration below which the particles do not adhere to the wall 2. The control unit 9 can then determine ζ ρ from formulas (14) and (15), and in particular at from the Hamaker constant and the Co. concentration
• Exemples d’applications• Examples of applications
Le système et le procédé proposé trouvent avantageusement application pour la caractérisation d’interactions entre des surfaces ou matériaux d’un type donné et des suspensions de particules.The proposed system and method advantageously find application for the characterization of interactions between surfaces or materials of a given type and particle suspensions.
Par exemple, ils permettent de caractériser par une valeur quantitative fiable et facile à obtenir l’accrochage ou l’adhésion d’une suspension sur une paroi, par exemple l’accrochage d’une peinture sur un type de matériau donné, la capacité d’une suspension à boucher une seringue ou encore la tenue de produits cosmétiques sur de la peau, des ongles, des cils, la tenue de produits alimentaires sur des bouteilles ou des récipients, l’accrochage des microorganismes aquatiques aux coques d’un navire pour pouvoir mieux adapter le traitement de surface (de manière à éviter cet accrochage), etc.For example, they make it possible to characterize by a quantitative value that is reliable and easy to obtain the attachment or adhesion of a suspension to a wall, for example the attachment of a paint to a given type of material, the capacity of '' a syringe stopper or the holding of cosmetic products on skin, nails, eyelashes, the holding of food products on bottles or containers, the attachment of aquatic microorganisms to the hulls of a ship for being able to better adapt the surface treatment (so as to avoid this catching), etc.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1752147A FR3064067B1 (en) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | MEASUREMENT OF AT LEAST ONE SIZE CHARACTERIZING AN OWNERSHIP IN THE ADHESION BETWEEN A SUSPENSION OF PARTICLES AND A TYPE OF SURFACE, SUCH AS THE CONSTANT OF HAMAKER OR THE POTENTIAL ZETA |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1752147 | 2017-03-16 | ||
| FR1752147A FR3064067B1 (en) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | MEASUREMENT OF AT LEAST ONE SIZE CHARACTERIZING AN OWNERSHIP IN THE ADHESION BETWEEN A SUSPENSION OF PARTICLES AND A TYPE OF SURFACE, SUCH AS THE CONSTANT OF HAMAKER OR THE POTENTIAL ZETA |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3064067A1 true FR3064067A1 (en) | 2018-09-21 |
| FR3064067B1 FR3064067B1 (en) | 2019-03-29 |
Family
ID=59031117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1752147A Expired - Fee Related FR3064067B1 (en) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | MEASUREMENT OF AT LEAST ONE SIZE CHARACTERIZING AN OWNERSHIP IN THE ADHESION BETWEEN A SUSPENSION OF PARTICLES AND A TYPE OF SURFACE, SUCH AS THE CONSTANT OF HAMAKER OR THE POTENTIAL ZETA |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3064067B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113505517A (en) * | 2021-05-18 | 2021-10-15 | 有研工程技术研究院有限公司 | Method for correcting interaction potential DLVO formula among colloid particles |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040218798A1 (en) * | 2000-03-09 | 2004-11-04 | The Regents Of The University Of California | Automated video-microscopic imaging and data acquisition system for colloid deposition measurements |
-
2017
- 2017-03-16 FR FR1752147A patent/FR3064067B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040218798A1 (en) * | 2000-03-09 | 2004-11-04 | The Regents Of The University Of California | Automated video-microscopic imaging and data acquisition system for colloid deposition measurements |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HARIKRISHNAN NARAYANAN UNNI ET AL: "Colloidal particle deposition from electrokinetic flow in a microfluidic channel", PROTEOMICS, vol. 30, no. 5, 1 March 2009 (2009-03-01), DE, pages 732 - 741, XP055422633, ISSN: 0173-0835, DOI: 10.1002/elps.200800668 * |
| JEFFREY L PERRY ET AL: "Fouling and its mitigation in silicon microchannels used for IC chip cooling", MICROFLUIDICS AND NANOFLUIDICS, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 5, no. 3, 8 January 2008 (2008-01-08), pages 357 - 371, XP019597935, ISSN: 1613-4990 * |
| YANNAPOL SRIPHUTKIAT ET AL: "Particle Accumulation in a Microchannel and Its Reduction by a Standing Surface Acoustic Wave (SSAW)", SENSORS, vol. 17, no. 1, 7 January 2017 (2017-01-07), pages 106, XP055422731, DOI: 10.3390/s17010106 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113505517A (en) * | 2021-05-18 | 2021-10-15 | 有研工程技术研究院有限公司 | Method for correcting interaction potential DLVO formula among colloid particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3064067B1 (en) | 2019-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kung et al. | Assessment and interpretation of surface wettability based on sessile droplet contact angle measurement: challenges and opportunities | |
| Gaboriaud et al. | Coupled electrostatic, hydrodynamic, and mechanical properties of bacterial interfaces in aqueous media | |
| Geraud et al. | Confined flows of a polymer microgel | |
| Josephson et al. | Particle tracking microrheology of protein solutions | |
| Willmott | Tunable resistive pulse sensing: better size and charge measurements for submicrometer colloids | |
| WO2010000977A1 (en) | Method of measuring the flow rate of a liquid flowing in a fluidic channel and implementation device | |
| Schmitt et al. | Detailed statistical contact angle analyses;“slow moving” drops on inclining silicon-oxide surfaces | |
| EP2165753A2 (en) | Micro-device for analysing liquid samples | |
| Lee et al. | Brownian dynamics of colloidal probes during protein-layer formation at an oil–water interface | |
| Castelain et al. | Single-cell adhesion probed in-situ using optical tweezers: A case study with Saccharomyces cerevisiae | |
| FR3064067A1 (en) | MEASUREMENT OF AT LEAST ONE SIZE CHARACTERIZING AN OWNERSHIP IN THE ADHESION BETWEEN A SUSPENSION OF PARTICLES AND A TYPE OF SURFACE, SUCH AS THE CONSTANT OF HAMAKER OR THE POTENTIAL ZETA | |
| Cao et al. | Understanding particle deposition kinetics on NF membranes: A focus on micro-beads and membrane interactions at different environmental conditions | |
| WO2014020271A1 (en) | Method for separating biological molecules and cells in solution | |
| Mampallil et al. | Beyond the coffee-ring effect: Pattern formation by wetting and spreading of drops | |
| FR3024544B1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONCENTRATING MOLECULES OR DISSOLVED OBJECTS IN SOLUTION. | |
| Li et al. | Slip Length Measurements Using µPIV and TIRF‐Based Velocimetry | |
| Hristov et al. | Using single nanoparticle tracking obtained by nanophotonic force microscopy to simultaneously characterize nanoparticle size distribution and nanoparticle–surface interactions | |
| King et al. | Stratification and film ripping induced by structural forces in granular micellar thin films | |
| FR2906032A1 (en) | DETERMINATION OF THE HYDRODYNAMIC RAYS OF THE CONSTITUENTS OF A MIXTURE BY ANALYSIS OF A TAYLOR DISPERSION CARRIED OUT BY SEPARATION BY CAPILLARY ELECTROPHESIS. | |
| Michna et al. | Kinetics of fluorescent latex particle deposition at polyelectrolyte monolayers determined by in situ measurements | |
| Binks et al. | Optical microscope absorbance imaging of carbon black nanoparticle films at solid and liquid surfaces | |
| Koto et al. | Analysis of Local Viscosity in Alginate Gel via Bead-based Diffusometry. | |
| EP2596338A1 (en) | Method for estimating the amount of entities deposited on microparticles suspended in a solution, associated device, and use of said device | |
| AU2016257244B2 (en) | Screening of nanoparticle properties | |
| Aarts et al. | Iontronic microscopy: general discussion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20180921 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| CD | Change of name or company name |
Owner name: ECOLE SUPERIEURE DE PHYSIQUE ET DE CHIMIE INDU, FR Effective date: 20220308 Owner name: CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (, FR Effective date: 20220308 Owner name: PARIS SCIENCES ET LETTRES, FR Effective date: 20220308 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20221105 |