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Dépliement d’un polymère dans un micro-canal

Dépliement d’un polymère dans un micro-canal. Philippe Peyla, Claude Verdier, Chaouqi Misbah Laboratoire de Spectrométrie Physique Université Joseph Fourier Grenoble. Gresse en Vercors, mai 2005. Microfluidique. Fluide A. Réacteur. Fluide C. Fluide B.

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Presentation Transcript

  1. Dépliement d’un polymère dans un micro-canal Philippe Peyla, Claude Verdier, Chaouqi Misbah Laboratoire de Spectrométrie Physique Université Joseph Fourier Grenoble Gresse en Vercors, mai 2005

  2. Microfluidique Fluide A Réacteur Fluide C Fluide B Chimie analytique, bio-puces, génie des procédés Gresse en Vercors, mai 2005

  3. Réaction avec macromolécules : polymères, ADN, protéines … Réaction avec des molécules individuelles, Tri moléculaire Changement de conformation G-PROTEIN TRANSDUCINE Gresse en Vercors, mai 2005

  4. Taille de la molécule = taille du canal Taille d’un polymère (dans un bon solvent) : RF=N3/5 a RF N : nombre de monomères a : taille typique d’un monomère Marche aléatoire auto-évitente Gresse en Vercors, mai 2005

  5. Taille de la molécule = taille du canal Taille d’un polymère (dans un bon solvent) : RF=N3/5 a RF N : nombre de monomères a : taille typique d’un monomère g monomères x RF=Ñ3/5x Marche aléatoire auto-évitente où x=g3/5 a et Ñ=N/g Gresse en Vercors, mai 2005

  6. Rayon de Flory = taille du canalConfinement D R1D ? R1D D Gresse en Vercors, mai 2005

  7. Approche en loi d’échelleDaoud et de Gennes, J. Physique, 38,85 (1977) R1D=RF F(RF /D) -PourD>> R1DF(RF /D)=1(pas de confinement) -Pour D~ R1D F(x=RF /D)=xm(confinement) et m=2/3 Soit R1D=N3/5(m+1) am+1 D-m ~ N R1D=Na (a/D)2/3 D>>a Gresse en Vercors, mai 2005

  8. Modélisation Fluide porteur : Eq. de Stokes ou NavierStokes incluant les fluctuations thermiques Fluctuations thermiques : Avec : Landau, Hydrodynamique physique, MIR Gresse en Vercors, mai 2005

  9. Effet du ou des polymères +F F F Ps Pe hp hs F inclue les interactions entre blobs et le volume exclu Gresse en Vercors, mai 2005

  10. Effet du contraste de viscositéTanaka et al, Phys. Rev. Lett. 85, 1338 (2000) Ecoulement uniforme Gresse en Vercors, mai 2005

  11. Effet du contraste de viscosité hp hs Gresse en Vercors, mai 2005

  12. Effet du contraste de viscosité Gresse en Vercors, mai 2005

  13. Effet du contraste de viscosité Gresse en Vercors, mai 2005

  14. Implémentation du modèle Maillage de Mac (différences finies) -Vitesse sur les faces -Pression, viscosité au centre des mailles Centre des blobs : hors réseau Résolution par méthode de projection (P) Gresse en Vercors, mai 2005

  15. Pour un pas de temps Calcul du champ de viscosité : h Résolution de : Calcul du champ de force aléatoire : f Calcul du champ de force : F Calcul de la pression : Calcul de la vitesse : Advection des blobs :

  16. Etirement de polymères greffésLe régime tige - fleur Solvent Polymères greffés Substrat Gresse en Vercors, mai 2005

  17. Etirement de polymères greffésLe régime tige - fleur F. Brochard, Europhys. Lett. 30, p 387 (1995) (Th.) T. Perkins, D.Smith, S. Chu, Science 264, p 819 (1994) (Exp.) Polymères greffés Substrat Gresse en Vercors, mai 2005

  18. Etirement d’un polymère grefféLe régime tige – fleur confiné Micro-pipette Solvent Polymères greffés Substrat Gresse en Vercors, mai 2005

  19. Etirement d’un polymère grefféLe régime tige – fleur confiné Micro-pipette Solvent Polymères greffés Substrat Gresse en Vercors, mai 2005

  20. SimulationPolymère de 50 blobs Gresse en Vercors, mai 2005

  21. SimulationPolymère de 50 blobs Gresse en Vercors, mai 2005

  22. SimulationPolymère de 50 blobs confiné dans un canal de 30x30x150 Nk=50 bK=5 RF=52 Gresse en Vercors, mai 2005

  23. SimulationPolymère de 50 blobs confiné dans un canal de 30x30x150 Nk=50 bK=5 RF=52 Gresse en Vercors, mai 2005

  24. Résultats (préliminaires)Polymère de 50 blobs confiné dans un canal de 30x30x150 Nk=50 bK=5 RF=52 LF Fleur L LT Tige LT(D, t), LF(D, t), L(D, t), LF/L (D, t) Gresse en Vercors, mai 2005

  25. Extension de la tige D=20 Gresse en Vercors, mai 2005

  26. Vitesse d’avancée de la fleur Gresse en Vercors, mai 2005

  27. Rapport de tailles D=30 D=20 D=15 D=40 2/5 2/5 3/5 3/5 0.38 0.29 RF/D 0.58 0.77 Ecoulemt non confiné Larson et al, J. Rheol. 43, p.267 (1999) Gresse en Vercors, mai 2005

  28. Rapport de tailles D=30 D=20 D=15 D=40 2/5 2/5 3/5 3/5 0.38 0.29 RF/D 0.58 0.77 Ecoulemt non confiné Larson et al, J. Rheol. 43, p.267 (1999) Permet d’accéder au rapport d’intensité de la photo-luminescence Gresse en Vercors, mai 2005

  29. Conclusion • Simulation directement comparable à l’expérience pour des polymères confinés. • Améliorations possibles : • Interactions harmoniques de type ressorts thermiques • Interactions anharmoniques de type worm-like (ADN) • Effet de torsion et de flexion (ADN) • Effet de rupture (fluide micellaires) • Effet collectifs avec plusieurs macro-molécules - Utilisation d’autres algorithmes (calcul de la pression) - Parallélisation Gresse en Vercors, mai 2005

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