Microfluidique: Comment la microfluidique peut-elle accélérer le vaccin COVID19 ?

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce que la microfluidique

La microfluidique fait référence au comportement, au contrôle précis et à la manipulation de fluides géométriquement contraints à une petite échelle à laquelle les forces de surface dominent les forces volumétriques. C'est un domaine multidisciplinaire qui implique l'ingénierie, la physique, la chimie, la biochimie, la nanotechnologie et la biotechnologie. Il a des applications pratiques dans la conception de systèmes qui traitent de faibles volumes de fluides pour réaliser le multiplexage, l'automatisation et le criblage à haut débit. La microfluidique est apparue au début des années 1980 et est utilisée dans le développement des têtes d'impression à jet d'encre, des puces à ADN, de la technologie de laboratoire sur puce, de la micro-propulsion et des technologies micro-thermiques.

Comment vous en bénéficierez

(I) Insights et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Microfluidique

Chapitre 2 : Microfluidique basée sur les gouttelettes

Chapitre 3 : Microfluidique numérique

Chapitre 4 : Microfluidique sur papier

Chapitre 5 : Culture cellulaire microfluidique

Chapitre 6 : Pompe électroosmotique

Chapitre 7 : Science des matériaux

(II) Répondre aux principales questions du public sur la microfluidique.

(III) Exemples concrets d'utilisation de la microfluidique dans de nombreux domaines.

(IV) 17 annexes pour expliquer, brièvement, 266 technologies émergentes dans chaque industrie pour avoir une compréhension complète à 360 degrés des technologies de la microfluidique.

À qui s'adresse ce livre

Professionnels, étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, passionnés, amateurs et ceux qui souhaitent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de microfluidique.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 27 janv. 2022

Aperçu du livre

Autres livres de The Author

1 - Propulsion plasma

2 - Moteur de détonation par impulsions

3 - Robotique agricole

4 - Systèmes écologiques fermés

5 - Viande cultivée

6 - Agriculture verticale

7 - Véhicules autonomes

8 - Drones autonomes

9 - Robotique autonome

10 - Armes autonomes

11 - Arcologie

12 - Impression 4D

13 - Ville en forme de dôme

14 - Grand livre distribué

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16 - Finance décentralisée

17 - Machines intelligentes

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20 - Bioplastique

21 - Polymère conducteur

22 - Traitement cryogénique

23 - Armure dynamique

24 - Fullerène

25 - Graphène

26 - Laboratoire sur puce

27 - Supraconductivité à haute température

28 - Nanoparticules magnétiques

29 - Fluide magnétorhéologique

30 - Microfluidique

31 - Superfluidité

32 - Métamatériau

33 - Mousse métallique

34 - Structure multifonction

35 - Nanomatériaux

36 - Matière programmable

37 - Point quantique

38 - Silicène

39 - Superalliage

40 - Diamant synthétique

41 - Cristal temporel

42 - Béton translucide

43 - Interface cerveau-ordinateur

44 - Intelligence en essaim

Série de The Author

Technologies émergentes dans l’aérospatiale

1 - Propulsion plasma

2 - Moteur de détonation par impulsions

Technologies émergentes en agriculture

1 - Robotique agricole

2 - Systèmes écologiques fermés

3 - Viande cultivée

4 - Agriculture verticale

Technologies émergentes dans les objets autonomes

1 - Véhicules autonomes

2 - Drones autonomes

3 - Robotique autonome

4 - Armes autonomes

Technologies émergentes dans la construction

1 - Arcologie

Impression 2 - 4D

3 - Ville en forme de dôme

Technologies émergentes en finance

1 - Grand livre distribué

2 - Monnaie numérique

3 - Finance décentralisée

Technologies émergentes en technologie de l’information

1 - Machines intelligentes

Technologies émergentes en science des matériaux

1 - Aérogel

2 - Métal amorphe

3 - Bioplastique

4 - Polymère conducteur

5 - Traitement cryogénique

6 - Armure dynamique

7 - Fullerène

8 - Graphène

9 - Laboratoire sur puce

10 - Supraconductivité haute température

11 - Nanoparticules magnétiques

12 - Fluide magnétorhéologique

13 - Microfluidique

14 - Superfluidité

15 - Métamatériau

16 - Mousse métallique

17 - Structure multifonction

18 - Nanomatériaux

19 - Matière programmable

20 - Point quantique

21 - Silicène

22 - Superalliage

23 - Diamant synthétique

24 - Cristal temporel

25 - Béton translucide

Technologies émergentes en neurosciences

1 - Interface cerveau-ordinateur

Technologies émergentes en robotique

1 - Intelligence en essaim

Un milliard de connaissances

Microfluidique

Comment la microfluidique peut-elle accélérer le vaccin contre la COVID19?

Fouad Sabry

Copyright

Microfluidics Copyright © 2021 par Fouad Sabry. Tous droits réservés.

Tous droits réservés. Aucune partie de ce livre ne peut être reproduite sous quelque forme que ce soit ou par quelque moyen électronique ou mécanique que ce soit, y compris des systèmes de stockage et de récupération d’informations, sans l’autorisation écrite de l’auteur. La seule exception est celle d’un réviseur, qui peut citer de courts extraits dans une revue.

Couverture conçue par Fouad Sabry.

Ce livre est une œuvre de fiction. Les noms, personnages, lieux et incidents sont soit des produits de l’imagination de l’auteur, soit sont utilisés de manière fictive. Toute ressemblance avec des personnes réelles, vivantes ou mortes, des événements ou des lieux est entièrement fortuite.

Bonus

Vous pouvez envoyer un e-mail à [e-mail] avec la ligne d’objet « Microfluidics: How can Microfluidics speed up COVID19 vaccine? », et vous recevrez un e-mail contenant les premiers chapitres de ce livre.

Fouad Sabry

Visitez le site Web de 1BK à l’adresse

www.1BKOfficial.org

Préface

Pourquoi ai-je écrit ce livre ?

L’histoire de l’écriture de ce livre a commencé en 1989, alors que j’étais étudiant à l’école secondaire des étudiants avancés.

C’est remarquablement comme les écoles STEM (science, technologie, ingénierie et mathématiques), qui sont maintenant disponibles dans de nombreux pays avancés.

STEM est un programme basé sur l’idée d’éduquer les étudiants dans quatre disciplines spécifiques - sciences, technologie, ingénierie et mathématiques - dans une approche interdisciplinaire et appliquée. Ce terme est généralement utilisé pour traiter d’une politique éducative ou d’un choix de programme d’études dans les écoles. Cela a des répercussions sur le développement de la main-d’œuvre, les préoccupations en matière de sécurité nationale et la politique d’immigration.

Il y avait un cours hebdomadaire dans la bibliothèque, où chaque étudiant est libre de choisir n’importe quel livre et de lire pendant 1 heure. L’objectif de la classe est d’encourager les élèves à lire des matières autres que le programme éducatif.

Dans la bibliothèque, alors que je regardais les livres sur les étagères, j’ai remarqué d’énormes livres, totalisant 5 000 pages en 5 parties. Le nom du livre est « L’Encyclopédie de la technologie », qui décrit tout ce qui nous entoure, duzéro absolu aux semi-conducteurs, presque toutes les technologies, à cette époque, étaient expliquées avec des illustrations colorées et des mots simples. J’ai commencé à lire l’encyclopédie, et bien sûr, je n’ai pas pu la terminer dans le cours hebdomadaire de 1 heure.

J’ai donc convaincu mon père d’acheter l’encyclopédie. Mon père a acheté tous les outils technologiques pour moi au début de ma vie, le premier ordinateur et la première encyclopédie technologique, et les deux ont un grand impact sur moi-même et ma carrière.

J’ai terminé toute l’encyclopédie pendant les mêmes vacances d’été de cette année, puis j’ai commencé à voir comment fonctionne l’univers et comment appliquer ces connaissances aux problèmes quotidiens.

Ma passion pour la technologie a commencé il y a plus de 30 ans et le voyage continue.

Ce livre fait partie de « L’Encyclopédie des technologies émergentes » qui est ma tentative de donner aux lecteurs la même expérience incroyable que j’ai eue quand j’étais au lycée, mais au lieu des technologies du 20ème siècle, je suis plus intéressé par les technologies émergentes du 21ème siècle, les applications et les solutions industrielles.

« L’Encyclopédie des technologies émergentes » sera composée de 365 livres, chaque livre sera axé sur une seule technologie émergente. Vous pouvez lire la liste des technologies émergentes et leur catégorisation par industrie dans la partie « Coming Soon », à la fin du livre.

365 livres pour donner aux lecteurs la chance d’accroître leurs connaissances sur une seule technologie émergente chaque jour au cours d’une période d’un an.

Introduction

Comment ai-je écrit ce livre ?

Dans chaque livre de « L’Encyclopédie des technologies émergentes », j’essaie d’obtenir des informations de recherche instantanées et brutes, directement de l’esprit des gens, en essayant de répondre à leurs questions sur la technologie émergente.

Il y a 3 milliards de recherches Google chaque jour, et 20% d’entre elles n’ont jamais été vues auparavant. Ils sont comme une ligne directe vers les pensées des gens.

Parfois, c’est « Comment puis-je enlever le bourrage papier ». D’autres fois, ce sont les peurs déchirantes et les désirs secrets qu’ils n’oseraient jamais partager avec Google.

Dans ma quête pour découvrir une mine d’or inexploitée d’idées de contenu sur « Microfluidics », j’utilise de nombreux outils pour écouter les données de saisie semi-automatique des moteurs de recherche comme Google, puis je lance rapidement toutes les phrases et questions utiles, les gens demandent autour du mot-clé « Microfluidics ».

C’est une mine d’or de perspicacité des gens, que je peux utiliser pour créer du contenu, des produits et des services frais et ultra-utiles. Les gens gentils, comme vous, veulent vraiment.

Les recherches de personnes sont l’ensemble de données le plus important jamais collecté sur la psyché humaine. Par conséquent, ce livre est un produit en direct, et constamment mis à jour par de plus en plus de réponses pour de nouvelles questions sur la « Microfluidique », posées par des gens, tout comme vous et moi, s’interrogeant sur cette nouvelle technologie émergente et aimeraient en savoir plus à ce sujet.

L’approche pour écrire ce livre est d’obtenir un niveau plus profond de compréhension de la façon dont les gens recherchent autour de la « microfluidique », révélant des questions et des requêtes que je ne penserais pas nécessairement du haut de ma tête, et répondant à ces questions dans des mots super faciles et digestes, et de naviguer dans le livre d’une manière simple.

Donc, quand il s’agit d’écrire ce livre, j’ai veillé à ce qu’il soit aussi optimisé et ciblé que possible. Le but de ce livre est d’aider les gens à mieux comprendre et développer leurs connaissances sur la « Microfluidique ». J’essaie de répondre le plus possible aux questions des gens et d’en montrer beaucoup plus.

C’est une façon fantastique et magnifique d’explorer les questions et les problèmes que les peuples ont et d’y répondre directement, et d’ajouter de la perspicacité, de la validation et de la créativité au contenu du livre – même des pitchs et des propositions. Le livre révèle des domaines de recherche riches, moins encombrés et parfois surprenants que je n’atteindrais pas autrement. Il ne fait aucun doute qu’il est prévu d’augmenter les connaissances de l’esprit des lecteurs potentiels, après avoir lu le livre en utilisant cette approche.

J’ai appliqué une approche unique pour rendre le contenu de ce livre toujours frais. Cette approche dépend de l’écoute de l’esprit des gens, en utilisant les outils d’écoute de recherche. Cette approche m’a aidé à :

Rencontrez les lecteurs exactement là où ils se trouvent, afin que je puisse créer un contenu pertinent qui touche une corde sensible et conduit à une meilleure compréhension du sujet.

Gardez le doigt fermement sur le pouls, afin que je puisse obtenir des mises à jour lorsque les gens parlent de cette technologie émergente de nouvelles façons, et surveiller les tendances au fil du temps.

Découvrir des trésors cachés de questions nécessite des réponses sur la technologie émergente pour découvrir des informations inattendues et des niches cachées qui renforcent la pertinence du contenu et lui donnent un avantage gagnant.

Arrêtez de perdre du temps sur les intuitions et les conjectures sur le contenu voulu par les lecteurs et remplissez le contenu du livre avec ce dont les gens ont besoin et dites adieu aux idées de contenu sans fin basées sur des spéculations.

Prenez des décisions solides et prenez moins de risques pour obtenir des sièges aux premières loges pour ce que les gens veulent lire et veulent savoir – en temps réel – et utilisez les données de recherche pour prendre des décisions audacieuses, sur les sujets à inclure et les sujets à exclure.

Rationalisez ma production de contenu pour identifier les idées de contenu sans avoir à passer au crible manuellement les opinions individuelles pour gagner des jours, voire des semaines de temps.

C’est merveilleux d’aider les gens à accroître leurs connaissances d’une manière simple en répondant simplement à leurs questions.

Je pense que l’approche de l’écriture de ce livre est unique car il rassemble et suit les questions importantes posées par les lecteurs sur les moteurs de recherche.

Remerciements

Écrire un livre est plus difficile que je ne le pensais et plus gratifiant que je n’aurais jamais pu l’imaginer. Rien de tout cela n’aurait été possible sans les travaux réalisés par des chercheurs prestigieux, et je tiens à souligner leurs efforts pour accroître les connaissances du public sur cette technologie émergente.

Dédicace

Pour les illuminés, ceux qui voient les choses différemment et veulent que le monde soit meilleur, ils n’aiment pas le statu quo ou l’État existant. Vous pouvez être trop en désaccord avec eux, et vous pouvez discuter avec eux encore plus, mais vous ne pouvez pas les ignorer, et vous ne pouvez pas les sous-estimer, parce qu’ils changent toujours les choses... ils poussent la race humaine vers l’avant, et tandis que certains peuvent les voir comme des fous ou des amateurs, d’autres voient des génies et des innovateurs, parce que ceux qui sont assez éclairés pour penser qu’ils peuvent changer le monde, sont ceux qui le font et conduisent les gens à l’illumination.

Épigraphe

La microfluidique fait référence au comportement, au contrôle précis et à la manipulation de fluides géométriquement contraints à une petite échelle à laquelle les forces de surface dominent les forces volumétriques. C’est un domaine multidisciplinaire qui implique l’ingénierie, la physique, la chimie, la biochimie, la nanotechnologie et la biotechnologie. Il a des applications pratiques dans la conception de systèmes qui traitent de faibles volumes de fluides pour réaliser le multiplexage, l’automatisation et le criblage à haut débit. La microfluidique a émergé au début des années 1980 et est utilisée dans le développement de têtes d’impression à jet d’encre, de puces à ADN, de technologie de laboratoire sur puce, de micro-propulsion et de technologies microthermiques.

Table des matières

Microfluidique

Autres livres de The Author

Série de The Author

Microfluidique

Copyright

Bonus

Préface

Introduction

Remerciements

Dédicace

Épigraphe

Table des matières

Chapitre 1 : Microfluidique

Chapitre 2 : Microfluidique à base de gouttelettes

Chapitre 3 : Microfluidique numérique

Chapitre 4 : Microfluidique sur papier

Chapitre 5 : Culture cellulaire microfluidique

Chapitre 6 : Pompe électroosmotique

Chapitre 7 : Science des matériaux

Épilogue

À propos de l’auteur

À venir

Annexes : Technologies émergentes dans chaque industrie

Chapitre 1 : Microfluidique

La microfluidique est l’étude, le contrôle de précision et la manipulation de fluides géométriquement limités à une petite échelle (généralement inférieure au millimètre), où les forces de surface l’emportent sur les forces volumétriques. L’ingénierie, la physique, la chimie, la biochimie, la nanotechnologie et la biotechnologie sont toutes impliquées dans ce domaine multidisciplinaire. Il est utile dans la conception de systèmes qui traitent de petites quantités de fluides pour réaliser le multiplexage, l’automatisation et le criblage à haut débit. La microfluidique est apparue pour la première fois au début des années 1980 et est maintenant utilisée dans la création de têtes d’impression à jet d’encre, de puces à ADN, de technologie de laboratoire sur puce, de micro-propulsion et de technologies microthermiques.

En règle générale, micro signifie l’une des caractéristiques suivantes:

Petits volumes (μL, nL, pL, fL)

Petite taille

Faible consommation d’énergie

Effets de microdomaine

Les systèmes microfluidiques transfèrent, mélangent, séparent ou traitent souvent des fluides. Diverses applications s’appuient sur des dispositifs de modification du débit capillaire, tels que les résistances d’écoulement et les accélérateurs de débit, pour moduler passivement l’écoulement du fluide. Les techniques d’actionnement externe sont également utilisées dans certaines applications pour le mouvement dirigé des médias. Les exemples incluent les moteurs rotatifs qui utilisent des forces centrifuges pour déplacer des fluides sur des puces passives. La manipulation du fluide de travail par des composants actifs (micro) tels que des micropompes ou des microvannes est appelée microfluidique active. Les micropompes sont utilisées pour fournir en continu des fluides ou pour le dosage. La direction d’écoulement ou le mode de mouvement des liquides pompés est déterminé par des microvannes. Les processus qui seraient normalement effectués en laboratoire sont souvent miniaturisés sur une seule puce, ce qui augmente l’efficacité et la mobilité tout en diminuant les quantités d’échantillons et de réactifs.

Comportement à l’échelle microscopique des fluides

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Dispositifs microfluidiques en caoutchouc de silicone et en verre. En haut : une photo des appareils. En bas : Micrographies à contraste de phase d’un canal serpentin d’environ 15 μm de large.

Le comportement des fluides à l’échelle microscopique diffère du comportement «macrofluidique» en ce sens que la tension superficielle, la dissipation d’énergie et la résistance fluidique commencent à dominer le système. La microfluidique étudie comment ces comportements changent et comment ils pourraient être évités ou utilisés pour de nouvelles applications.

Certaines caractéristiques fascinantes et parfois inattendues émergent à petite échelle (tailles de canaux allant de 100 nanomètres à 500 micromètres). Le nombre de Reynolds (qui compare l’effet de la quantité de mouvement d’un fluide à l’effet de la viscosité) en particulier peut atteindre un niveau extrêmement faible. Comme l’écoulement devient laminaire plutôt que turbulent, les fluides co-fluides ne se mélangent pas nécessairement au sens habituel; le transfert de molécules entre eux doit souvent se produire par diffusion.

Dans les réactions en une ou plusieurs étapes, une grande spécificité des paramètres chimiques et physiques (concentration, pH, température, force de cisaillement, etc.) peut également être assurée, ce qui se traduit par des conditions de réaction plus uniformes et des produits de qualité supérieure.

Différents types d’écoulements microfluidiques

Les écoulements microfluidiques ne doivent être limités que par une échelle de longueur géométrique - les modalités et les méthodes utilisées pour atteindre une telle contrainte géométrique dépendent fortement de l’application ciblée. Traditionnellement, les écoulements microfluidiques ont été générés à l’intérieur de canaux fermés, la section transversale du canal étant de l’ordre de 10 μm x 10 μm. Chacune de ces méthodes a ses propres techniques associées pour maintenir un écoulement de fluide robuste qui a mûri sur plusieurs années.

Microfluidique ouverte

Vers 2005, le comportement et le contrôle des fluides dans les microcanaux ouverts ont été pionniers et appliqués dans la collecte d’échantillons air-liquide et la chromatographie. La microfluidique ouverte consiste à enlever au moins une limite du système, exposant le fluide à l’air ou à une autre interface(c’est-à-dire liquide). Les avantages de la microfluidique ouverte comprennent un accès facile au liquide qui s’écoule pour l’intervention, une plus grande surface liquide-gaz et moins de formation de bulles. Un autre avantage de la microfluidique ouverte est la possibilité d’intégrer des systèmes ouverts avec un écoulement de fluide entraîné par tension superficielle, éliminant ainsi le besoin de méthodes de pompage externes telles que les pompes péristaltiques ou à seringues. Le fraisage, le thermoformage et le gaufrage à chaud rendent les dispositifs microfluidiques ouverts simples et peu coûteux à fabriquer. De plus, la microfluidique ouverte élimine le besoin de coller ou de coller un couvercle de dispositif, ce qui pourrait nuire aux flux capillaires. Les exemples de microfluidique ouverte comprennent la microfluidique à canal ouvert, la microfluidique sur rail, la microfluidique à base de papier et la microfluidique à base de fil. Les inconvénients des systèmes ouverts comprennent l’évaporation, la contamination et un débit limité.

Microfluidique à flux continu

La microfluidique à flux continu est basée sur le contrôle d’un écoulement liquide à l’état d’équilibre à travers des canaux étroits ou des milieux poreux, principalement en accélérant ou en inhibant l’écoulement du fluide dans les éléments capillaires. Les composants capillaires peuvent être créés en microfluidique à base de papier en modifiant simplement la géométrie de la section. En général, des sources de pression externes, des pompes mécaniques externes, des micropompes mécaniques intégrées ou des combinaisons de forces capillaires et de mécanismes électrocinétiques sont utilisées pour contrôler le débit de liquide. La technique courante est le fonctionnement microfluidique à flux continu car il est simple à mettre en œuvre et moins sensible aux problèmes d’encrassement des protéines. Les dispositifs à flux continu conviennent à de nombreuses applications biochimiques simples et bien définies, ainsi qu’à certaines tâches telles que la séparation chimique, mais ils sont moins appropriés pour les tâches nécessitant un degré élevé de flexibilité ou de manipulations de fluides. Étant donné que les paramètres qui régissent le champ d’écoulement varient le long du chemin d’écoulement, l’écoulement du fluide à un endroit donné dépend des propriétés de l’ensemble du système, ces systèmes à canal fermé sont intrinsèquement difficiles à intégrer et à mettre à l’échelle. Les microstructures gravées en permanence sont également limitées en reconfigurabilité et en tolérance aux pannes. Au cours des dernières années, des approches d’automatisation de la conception assistée par ordinateur pour la microfluidique à flux continu ont été proposées pour réduire les efforts de conception et résoudre les problèmes d’évolutivité.

micro capteur de fluide

Les capacités de surveillance des processus dans les systèmes à flux continu peuvent être obtenues à l’aide de capteurs de débit microfluidiques très sensibles basés sur la technologie MEMS avec des résolutions aussi basses que la gamme des nanolitres.

Microfluidique à base de gouttelettes

File:Gas4psi LONDs26uLmin-1 50kfps x10lens.webm

La création de pincements de microbulles dans un dispositif microfluidique à focalisation d’écoulement est représentée dans un film à haute fréquence d’images.

La microfluidique à base de gouttelettes est une sous-catégorie de la microfluidique par opposition à la microfluidique continue; La microfluidique à base de gouttelettes manipule des volumes discrets de fluides dans des phases non miscibles avec un faible nombre de Reynolds et des régimes d’écoulement laminaire. L’intérêt pour les systèmes microfluidiques à base de gouttelettes a considérablement augmenté au cours des dernières décennies. Les microgouttelettes permettent de manipuler facilement des volumes miniatures (μl à fl) de fluides, offrent un meilleur mélange, encapsulation, tri et détection, et conviennent aux expériences à haut débit. L’exploitation efficace des avantages de la microfluidique à base de gouttelettes nécessite une compréhension approfondie de la génération de gouttelettes pour effectuer diverses opérations logiques telles que la manipulation des gouttelettes, le tri des gouttelettes, la fusion des gouttelettes et la rupture des gouttelettes.

Microfluidique numérique

Les nouvelles structures ouvertes qui manipulent des gouttelettes discrètes et contrôlées individuellement sur un substrat à l’aide de l’électromouillage sont des alternatives aux systèmes à flux continu à canal fermé ci-dessus. Cette