{"id":9484,"date":"2021-09-30T14:18:20","date_gmt":"2021-09-30T12:18:20","guid":{"rendered":"http:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/?page_id=9484"},"modified":"2022-10-25T07:56:17","modified_gmt":"2022-10-25T05:56:17","slug":"projet-simulation-microfluidique","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/projet-simulation-microfluidique\/","title":{"rendered":"Projet: Simulation Microfluidique"},"content":{"rendered":"
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Contact: V. Tishkova<\/a><\/p>\n

Dans le cadre de la simulation microfluidique, l\u2019outil de mod\u00e9lisation par \u00e9l\u00e9ments finis COMSOL est utilis\u00e9 pour d\u00e9crire des syst\u00e8mes complexes et comprendre leur dynamique. Il est appliqu\u00e9 \u00e0\u00a0:<\/p>\n

- une <\/strong>diode microfluidique pour la d\u00e9livrance contr\u00f4l\u00e9e des m\u00e9dicaments :<\/strong><\/p>\n

Des micro-pompes sont utilis\u00e9es pour injecter automatiquement et en toute s\u00e9curit\u00e9 des m\u00e9dicaments au patient (insuline dans le cas du Diab\u00e8te). G\u00e9n\u00e9ralement, les micro-pompes pr\u00e9sentent une valve qui s\u2019av\u00e8re se d\u00e9t\u00e9riorer au cours du temps. Par cons\u00e9quent, une nouvelle g\u00e9n\u00e9ration de micro-pompes utilise une chambre de pompage avec un diaphragme qui permet de pomper le liquide. Le point crucial est le contr\u00f4le du flux de m\u00e9dicament vers le patient tout en \u00e9vitant le flux de liquide physiologique vers la micro-pompe.<\/p>\n

Nous \u00e9tudions alors une structure originale du canal microfluidique reliant l\u2019entr\u00e9e et la sortie de la micro\u2011pompe (figure 1). Le champ de vitesses du fluide est pr\u00e9sent\u00e9 sur la figure 1\u00a0: la diff\u00e9rence des flux dans les directions oppos\u00e9es permet un fonctionnement proche de celui d\u2019une diode en \u00e9lectronique\u00a0avec des directions \u00ab\u00a0passant\u00a0\u00bb et \u00ab\u00a0bloquant\u00a0\u00bb. C\u2019est pour cela que nous l\u2019appelons diode microfluidique<\/strong>. Pour son int\u00e9gration dans la micro\u2011pompe, l\u2019absence de valves amovibles en permet une fabrication rapide et peu couteuse (par impression 3D par exemple).<\/p>\n

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Figure 1. Flux de liquide dans une diode microfluidique sans valve : a) Direction Nozzle ; b) Direction Buse<\/figcaption><\/figure>\n

Cette \u00e9tude fait l\u2019objet d\u2019une collaboration avec le laboratoire G\u00e9nie Biom\u00e9dical de Tlemcen (Alg\u00e9rie).<\/em><\/strong><\/p>\n

- un dispositif microfluidique \u00e0 gradient de concentration pour l\u2019\u00e9tude de la chimiotaxie\u00a0:<\/strong> il a \u00e9t\u00e9 d\u00e9montr\u00e9 que les cellules immunitaires ont un mode de d\u00e9placement sans adh\u00e9sion mais contr\u00f4l\u00e9 par le gradient de chimiokines pr\u00e9sentes dans la solution. Ce gradient peut \u00eatre maitris\u00e9 via le contr\u00f4le des flux dans le dispositif. Pour ces \u00e9tudes, il est donc n\u00e9cessaire de concevoir un dispositif avec un gradient de chimiokine stable dans le temps et avec une maitrise compl\u00e8te des flux dans les diff\u00e9rents compartiments du dispositif. La mod\u00e9lisation de la diffusion de chimiokine avec le temps a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e dans l\u2019ensemble du dispositif. Les r\u00e9sultats de simulation compar\u00e9s avec les r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux ont permis de confirmer la domination des ph\u00e9nom\u00e8nes de diffusion sur ceux de convection dans la cr\u00e9ation du gradient de chimiokine dans le dispositif (figure 2).<\/p>\n

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Figure 2. a) Image de microscopie optique en transmission du dispositif microfluidique avec les trajectoires des cellules (en jaune) ; b) Le mod\u00e8le 3D du dispositif utilis\u00e9 pour la simulation ; c) Le r\u00e9sultat de la mod\u00e9lisation obtenu pour un gradient de 10kDa FITC-dextran apr\u00e8s 20mn de diffusion (unit\u00e9 arbitraire) ; d) Comparaison des donn\u00e9es exp\u00e9rimentales et des simulations pour le profil de gradient de concentration dans le dispositif microfluidique.<\/figcaption><\/figure>\n

Cette \u00e9tude fait l\u2019objet d\u2019une collaboration avec le Laboratoire Inflammation et Adh\u00e9sion (LAI) (Marseille).<\/em><\/strong><\/p>\n

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- l\u2019\u00e9tude des thromboses\u00a0:<\/strong> la maladie thromboembolique veineuse repr\u00e9sente la 3\u00e8me<\/sup> cause de mortalit\u00e9 cardiovasculaire dans les pays d\u00e9velopp\u00e9s. On parle de thrombose veineuse lorsqu\u2019un caillot sanguin se forme dans une veine. Elle touche le plus souvent les membres inf\u00e9rieurs et s\u2019installe dans une veine profonde. On l\u2019appelle alors Thrombose Veineuse Profonde (TVP). Ce caillot peut se d\u00e9tacher et venir obstruer une art\u00e9riole pulmonaire formant une embolie pulmonaire. Les m\u00e9canismes de la TVP sont encore mal connus. La physiopathologie thromboembolique veineuse est complexe et multifactorielle. Dans ce projet nous nous int\u00e9ressons aux liens entre des diff\u00e9rents facteurs comme la rigidit\u00e9 de la valve veineuse et les risques g\u00e9n\u00e9tiques sur la formation des thrombus. Nous avons commenc\u00e9 notre \u00e9tude par la simulation de d\u00e9p\u00f4t des neutrophiles dans un dispositif microfluidique repr\u00e9sentant la veine profonde (Blood<\/em> 137:2256-2266 (2021)<\/a>).<\/p>\n

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Cette \u00e9tude fa<\/em><\/strong>it l\u2019objet d\u2019une collaboration avec le <\/em><\/strong>Centre de recherche en CardioVasculaire et Nutrition (C2VN)<\/em><\/strong><\/p>\n

- la compr\u00e9hension de la contraction d\u2019une goutte contenant des mol\u00e9cules d\u2019int\u00e9r\u00eat sur une surface ou dans un \u00e9coulement microfluidique\u00a0:<\/strong> (lien vers les projets\u00a0Microparticules Biomim\u00e9tiques<\/a> et Nucl\u00e9ation en Milieux Confin\u00e9s<\/a>).<\/p>\n

La contraction des gouttes sessiles peut paraitre tr\u00e8s simple \u00e0 d\u00e9crire mais en r\u00e9alit\u00e9 plusieurs ph\u00e9nom\u00e8nes physiques sont en comp\u00e9tition : par exemple l\u2019\u00e9vaporation, la diffusion, le changement de phases, la convection et l\u2019effet Marangoni (figure 3). Le mod\u00e8le se complique quand un ensemble de gouttes communicantes est \u00e9tudi\u00e9. La compr\u00e9hension de la contraction des gouttes sessiles de petit volume (du picolitre au femtolitre) ouvrira des portes vers des applications tr\u00e8s vari\u00e9es :\u00a0\u00a0 pour la compr\u00e9hension de la nucl\u00e9ation et de la cristallisation de mol\u00e9cules d'int\u00e9r\u00eats pharmaceutique (par exemple) ou dans le domaine des dispositifs m\u00e9dicaux (puces \u00e0 ADN, diagnostique par l\u2019analyse des formes de d\u00e9p\u00f4t des gouttes des biofluides). La force de notre approche se trouve dans la convergence entre la mod\u00e9lisation et la plateforme exp\u00e9rimentale.<\/p>\n

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Figure 3. a) Un mod\u00e8le axisym\u00e9trique d\u2019une goutte sessile b) Le maillage mobile : l\u2019interface entre les deux liquides est repr\u00e9sent\u00e9 par 16 couches pour une meilleure pr\u00e9cision des d\u00e9placements c) R\u00e9sultat de la mod\u00e9lisation avec la concentration d\u2019eau dans l\u2019huile, le flux dans la goutte (fl\u00e8ches blanches) et le flux d\u2019\u00e9vaporation (fl\u00e8ches noir)<\/figcaption><\/figure>\n

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Non permanents impliqu\u00e9s dans les projets\u00a0:<\/strong><\/p>\n

2017-2018 Ahmed Slami, Doctorant au laboratoire G\u00e9nie Biom\u00e9dical de Tlemcen (Alg\u00e9rie)<\/p>\n

2019 Maxime Imbert, Stage M1 Bio-ing\u00e9nierie des Tissus et des Implants\u2013Aix-Marseille Universit\u00e9<\/p>\n

2017 Duglas Dunga, Mobilit\u00e9 d\u2019\u00e9tudes en 4\u00e8me<\/sup> ann\u00e9e G\u00e9nie Biom\u00e9dical - Polytech Marseille<\/p>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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