Prof. Arthur Woods

L'un des principaux problèmes de la microfluidique est de faire circuler des gaz et des liquides dans des canaux de petite taille. Dans les unités microfluidiques autonomes, sans connexion à des sources externes d'énergie ou de pression, les flux doivent être entraînés par des processus internes alimentés par des réserves d'énergie internes. Bien qu'une série de techniques aient été développées, peu sont utilisées et de nouvelles approches sont nécessaires. En nous appuyant sur les idées de la bioinspiration, nous proposons que plusieurs groupes d'insectes aient déjà développé des mécanismes qui pourraient être adaptés à des contextes d'ingénierie. Chez les insectes, l'organe des échanges gazeux est le système trachéal, qui fournit de l'oxygène et en élimine le dioxyde de carbone par des tubes remplis d'air.

Le travail proposé examine une nouvelle hypothèse sur les mécanismes qui conduisent les flux gazeux dans les systèmes trachéaux. L'hypothèse est dérivée d'observations sur la chimie de l'intestin moyen des larves de lépidoptères, qui a généralement un pH extrêmement alcalin (valeurs de 10 à 12). Nous proposons que cet intestin alcalin piège le CO2 métabolique en le convertissant en bicarbonate et en carbonate. Lorsque le contenu de l'intestin moyen passe dans l'intestin postérieur, il est réacidifié, ce qui reconvertit le bicarbonate et le carbonate en CO2 gazeux. Les énormes gradients de pH le long du canal alimentaire, associés aux transitions de phase entre les formes gazeuses et solides du carbone, sont susceptibles d'entraîner des flux internes de gaz de l'arrière vers l'avant dans les grandes trachées longitudinales.

Le travail proposé vise à tester cette hypothèse en utilisant une combinaison de modélisation numérique et de tests sur des modèles microfluidiques de réacteurs chimiques conçus pour imiter les conditions chimiques le long du canal alimentaire. La démonstration des flux proposés représenterait une avancée fondamentale dans la compréhension de la manière dont les gaz respiratoires peuvent être transportés à l'intérieur des animaux, et serait très prometteuse pour faire circuler des gaz et des liquides dans les systèmes microfluidiques.