Un filtre microfluidique pour trier des objets allongés et déformables

Image credit : Julien Husson (https://cellmechanics.jimdofree.com/)

Séparer des objets microscopiques dans un écoulement est un enjeu central, aussi bien pour l’analyse biologique que pour l’environnement. Si les dispositifs microfluidiques actuels savent très bien trier des particules rigides et quasi sphériques, ils peinent encore à manipuler des objets plus complexes, comme des fibres longues, souples et anisotropes. Des chercheurs montrent aujourd’hui qu’un dispositif pourtant classique, un réseau régulier de piliers inclinés utilisé en microfluidique, peut relever ce défi de manière inattendue.

L’étude s’intéresse au transport de fibres flexibles dans un une forêt de micro piliers organisés selon un réseau incliné par rapport à la direction de l’écoulement. Ce type de géométrie est à la base du principe du « déplacement latéral déterministe », couramment employé pour trier des particules sphériques par leur taille. Ici, les chercheurs combinent expériences sur des filaments d’actine, des fibres biologiques souples de quelques dizaines de micromètres, et simulations numériques détaillées pour explorer et comprendre comment la flexibilité et la longueur des fibres modifient leur trajectoire.

Le résultat clé est contre intuitif : le réseau de piliers ne sépare pas progressivement les fibres en fonction de leur longueur, mais agit comme un véritable filtre passe bande. Les fibres très courtes suivent l’écoulement en zigzag entre les piliers, sans déviation latérale notable. Les fibres très longues, bien que fortement déformées, migrent peu elles aussi. En revanche, pour une gamme intermédiaire de longueurs, proche de l’espacement entre les piliers, les fibres subissent une déviation latérale marquée et répétée.





Cette sélectivité s’explique par les interactions des fibres avec les micropiliers au cours de leur transport dans le réseau. Lorsqu’une fibre de longueur intermédiaire s’enroule autour d’un pilier, l’écoulement tire sur son extrémité libre et génère une forte tension interne. Cette tension « rigidifie » temporairement la fibre et l’empêche de suivre fidèlement les lignes de courant, un peu comme un fil tendu qui résiste à la courbure. La fibre peut alors franchir les lignes de courant et sauter d’un pilier à l’autre, accumulant une migration latérale nette. Les fibres trop courtes ne développent pas cette tension, tandis que les fibres très longues interagissent simultanément avec plusieurs piliers, ce qui réduit l’efficacité du mécanisme.

En ajustant l’angle d’inclinaison du réseau, les chercheurs identifient une configuration optimale pour maximiser cet effet passe bande. Le dispositif permet ainsi de collecter efficacement des fibres dans une fenêtre de longueurs bien définie, ouvrant la voie à de nouveaux outils de tri pour des objets souples et allongés.

Au delà de l’application, ce travail met en lumière un mécanisme physique original, fondé sur l’interaction entre hydrodynamique et élasticité. Il enrichit la compréhension du transport d’objets anisotropes dans des milieux poreux et pourrait inspirer de nouvelles stratégies de séparation, en biologie, en science des matériaux ou pour l’étude des fibres et microplastiques dans l’environnement.

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Références

Z. Li, C. Bielinski, A. Lindner, B. Delmotte, & O. du Roure, A microfluidic band-pass filter for flexible fiber separation, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (6) e2520537123, https://doi.org/10.1073/pnas.2520537123 (2026).

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Contact

Anke Lindner : anke.lindner@espci.fr
Olivia du Roure : olivia.duroure@espci.fr