La microfluidique est la technologie de conception et de fabrication de dispositifs capables de canaliser de très petits débits de fluides, de l’ordre du microlitre/nanolitre. Un microlitre et un nanomètre sont respectivement un millionième et un milliardième de litre. Pour référence, une goutte d’eau correspond à environ 25 microlitres.
Diverses propriétés intéressantes émergent lorsqu’il s’agit de traiter de si petites quantités de fluide. Des propriétés telles que la tension superficielle, qui ont tendance à ne pas avoir d’importance lorsqu’il s’agit de volumes d’eau auxquels nous sommes habitués, commencent à dominer la dynamique à ces échelles. Le nombre de Reynolds, qui détermine la turbulence de l’écoulement, est extrêmement faible à petite échelle, ce qui signifie que l’écoulement du fluide reste pratiquement laminaire. Cela rend certains aspects de la microfluidique plus pratiques et prévisibles, et d’autres un peu plus difficiles. Par exemple, vous ne pouvez pas compter sur la turbulence pour mélanger deux flux, mais vous devez vous fier uniquement à la diffusion, comme la machinerie cellulaire du corps.
Les systèmes utilisant la microfluidique doivent être fabriqués de manière très précise. Le verre est un matériau courant, mais les plastiques et le silicium sont également des supports populaires. Les techniques lithographiques traditionnelles peuvent être utilisées pour créer de minuscules canaux à la surface d’appareils similaires à une puce informatique. Tous les fluides doivent être relativement purs et exempts de particules qui bouchent ces canaux délicats. Les systèmes microfluidiques nécessitent des physiciens des fluides compétents pour la conception et les tests.
La microfluidique trouve des applications en biologie et en chimie. Les puces à ADN, qui permettent aux biologistes d’effectuer simultanément des millions de tests sur une protéine ou une séquence génétique particulière, exploitent la microfluidique. Les machines de séparation chimique peuvent utiliser des combinaisons de centrifugeuses et de puces microfluidiques pour analyser la composition chimique d’une substance particulière. Ils peuvent être utilisés pour préparer des échantillons biologiques à tester. Parce que la plupart des puces microfluidiques ont des conceptions qui ne peuvent pas être reconfigurées, cela limite des applications plus ambitieuses, mais des recherches sont en cours pour contourner cela.
Un nouveau domaine de recherche passionnant est l’intégration de la microfluidique avec la technologie MEMS (systèmes microélectromécaniques). En incluant de minuscules pompes ou appareils électriques sur une puce microfluidique, il élargit considérablement la variété des applications. Les futurs dispositifs microfluidiques pourraient être équipés de millions de minuscules portes qui permettent aux utilisateurs de manipuler le flux de manière complexe et utile. Le gouvernement s’est intéressé à l’utilisation de puces microfluidiques pour tester la présence d’armes biologiques et chimiques.