Matter deposition and pattern formation on a solid surface: Microfluidic methods, Control by capillary forces, and Generation of giant vesicles.
Dépôt de matière et formation de motifs sur une surface solide : Méthodes microfluidiques, Contrôle par forces capillaires et Génération de vésicules géantes.
Résumé
The objective of this work was to develop new methods of deposition and patterning in order to better control the organisation of molecules of biological interest on a solid substrate.
In the first part of the manuscript, we present an original method, the micro-aspiration, which allowed us to reversibly assemble microfluidic channels and to guide liquids through it. We have studied the properties of these systems with simple physical models and fabricated patterns of polymers, nanoparticles, gels, etc.
In the second part, we explored new deposition methods of multilayered phospholipid films on solid substrates and applied it to the fabrication of giant unilamellar vesicles of controlled size. First, the adaptation of conventional techniques (microcontact printing, molding, etc.) allowed us to obtain phospholipid patterns of micrometric size. The deposition has been realized afterward using a receding meniscus under evaporation (capillary assembling). Two deposition regimes have been identified depending on the relative importance of evaporation and viscous forces, allowing a control of the film thickness up to 200 nm with a bilayer resolution. The appearance of wetting instabilities or the guidance with microstructures allowed us to obtain patterns of various shapes. By using these substrates as electrodes, we obtained giant unilamellar vesicles of controlled size by electroformation. All these results open new perspectives for the fabrication of surfaces and micro-patterns of biological interest.
In the first part of the manuscript, we present an original method, the micro-aspiration, which allowed us to reversibly assemble microfluidic channels and to guide liquids through it. We have studied the properties of these systems with simple physical models and fabricated patterns of polymers, nanoparticles, gels, etc.
In the second part, we explored new deposition methods of multilayered phospholipid films on solid substrates and applied it to the fabrication of giant unilamellar vesicles of controlled size. First, the adaptation of conventional techniques (microcontact printing, molding, etc.) allowed us to obtain phospholipid patterns of micrometric size. The deposition has been realized afterward using a receding meniscus under evaporation (capillary assembling). Two deposition regimes have been identified depending on the relative importance of evaporation and viscous forces, allowing a control of the film thickness up to 200 nm with a bilayer resolution. The appearance of wetting instabilities or the guidance with microstructures allowed us to obtain patterns of various shapes. By using these substrates as electrodes, we obtained giant unilamellar vesicles of controlled size by electroformation. All these results open new perspectives for the fabrication of surfaces and micro-patterns of biological interest.
Ce travail de thèse a eu pour objectif de développer de nouvelles méthodes de dépôts et de formation de motifs pour mieux contrôler l'organisation de molécules d'intérêt biologique sur des substrats solides.
Dans la première partie du manuscrit, nous présentons une méthode originale, la micro-aspiration, permettant de réaliser des assemblages réversibles de canaux microfluidiques sur un substrat et servir à guider les liquides. Nous avons étudié les propriétés de ces systèmes avec des modèles physiques simples et appliqué ces phénomènes à la micromanipulation de liquides, le dépôt de protéines à diverses concentrations sur un substrat, la fabrication de motifs de polymères, nanoparticules, gels, etc.
Dans la seconde partie, nous avons exploré des nouvelles méthodes de dépôt de films de phospholipides multicouches sur des substrats solides et les avons appliqués à la fabrication de vésicules unilamellaires géantes de taille contrôlée. Tout d'abord, l'adaptation de techniques conventionnelles (micro-contact printing, moulage, etc.) a permis d'obtenir des motifs de phospholipides de taille micrométrique. Les dépôts ont ensuite été réalisés par retrait d'un ménisque en situation d'évaporation (assemblage capillaire). Nous avons identifié deux régimes de dépôt en fonction de l'importance relative des forces visqueuses et de l'évaporation, permettant un contrôle de l'épaisseur du film jusqu'à 200 nm à la bicouche près. L'émergence d'instabilités de mouillage ou le guidage sur micro-structures ont permis en outre de réaliser des motifs variés. En utilisant des substrats comme électrodes, ces différents niveaux d'organisation ont permis d'obtenir par électroformation des vésicules unilamellaires géantes de taille contrôlée. L'ensemble de ces travaux ouvre de nouvelles voies à la réalisation de surfaces et de motifs micrométriques d'intérêt biologique.
Dans la première partie du manuscrit, nous présentons une méthode originale, la micro-aspiration, permettant de réaliser des assemblages réversibles de canaux microfluidiques sur un substrat et servir à guider les liquides. Nous avons étudié les propriétés de ces systèmes avec des modèles physiques simples et appliqué ces phénomènes à la micromanipulation de liquides, le dépôt de protéines à diverses concentrations sur un substrat, la fabrication de motifs de polymères, nanoparticules, gels, etc.
Dans la seconde partie, nous avons exploré des nouvelles méthodes de dépôt de films de phospholipides multicouches sur des substrats solides et les avons appliqués à la fabrication de vésicules unilamellaires géantes de taille contrôlée. Tout d'abord, l'adaptation de techniques conventionnelles (micro-contact printing, moulage, etc.) a permis d'obtenir des motifs de phospholipides de taille micrométrique. Les dépôts ont ensuite été réalisés par retrait d'un ménisque en situation d'évaporation (assemblage capillaire). Nous avons identifié deux régimes de dépôt en fonction de l'importance relative des forces visqueuses et de l'évaporation, permettant un contrôle de l'épaisseur du film jusqu'à 200 nm à la bicouche près. L'émergence d'instabilités de mouillage ou le guidage sur micro-structures ont permis en outre de réaliser des motifs variés. En utilisant des substrats comme électrodes, ces différents niveaux d'organisation ont permis d'obtenir par électroformation des vésicules unilamellaires géantes de taille contrôlée. L'ensemble de ces travaux ouvre de nouvelles voies à la réalisation de surfaces et de motifs micrométriques d'intérêt biologique.
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