Le but principal du présent travail est ainsi de réaliser une expérience de mélange par la turbulence, dans laquelle il est possible de déterminer et de quantifier les temps de cohérence des différentes échelles spatiales des fluctuations du champ de vitesse et du champ de concentration qu'il transporte et mélange. La turbulence est ici voisine de la situation idéale statistiquement homogène et isotrope, et la configuration est conçue pour qu'il en soit de même pour le champ de concentration. La turbulence est créée par une grille placée perpendiculairement à un écoulement uniforme à l'extérieur des couches limites qui se développent le long des parois de la veine d'essais à section carrée constante. L'écoulement de la présente étude est un écoulement d'eau, dans lequel le champ de concentration est celui d'une solution de Rhodamine B injectée au niveau de la grille à travers des injecteurs équi-répartis le long des barreaux de celle-ci. Ce choix, dicté par la technique de mesure du champ de concentration par Fluorescence Induite par Laser, permet en outre de mesurer le champ de vitesse par une autre technique optique, elle aussi non-intrusive. Pour se rapprocher le plus de la théorie d'un mélange idéal statistiquement homogène et isotrope sans vitesse moyenne, on considère dans l'expérience, conformément à l'hypothèse de Taylor, que toutes les échelles associées à chacun de ces champs, sont convectés à la vitesse moyenne U de l'écoulement, et l'on suit une "boîte de turbulence" qui se déplace à cette vitesse le long de la veine. Par suite déterminer l'état de la turbulence en un point donné de cette boite à l'instant t et à l'instant t'=t+dt, revient à l'étudier dans l'expérience à t à l'abscisse x de la veine d'essai, et à t' à l'abscisse x+dx , avec dx=Udt, où se trouve le point de la boîte aux deux instants successifs. Les résultats expérimentaux concernant les échelles pour lesquelles l'isotropie statistique est satisfaite, permettent alors de vérifier une phénoménologie de l'évolution de la cohérence temporelle des diverses échelles spatiales du champ des fluctuations de concentration fondée sur les idées de Comte-Bellot et Corrsin. Cette expérience, est en outre l'occasion de donner des résultats sur les densités de probabilité de diverses propriétés statistiques des champs de fluctuation de vitesse. / The main purpose of this work is to make an experiment of mixing by turbulence, in which it is possible to determine and quantify the coherence time of the different spatial scales of fluctuations of a scalar field. We measure concentration fluctuations of rhodamine B by Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) which is transported and mixed by velocity fluctuations. These latter ones are generated by a grid placed perpendicularly to the flow in a water channel and are measured by Particle Image Velocimetry (PIV). The concentration field is injected in the flow by injectors regularly spaced on the grid so that it is a situation where both the velocity and the concentration fields are statistically homogeneous and isotropic. To get as close as the theory of statistically homogeneous and isotropic turbulence with no mean velocity, we consider, according to Taylor's hypothesis, that all scales associated with each of these fields are convected with the mean velocity U of the flow, and we follow a "turbulent box" that moves at U along the channel. As a result determining the state of turbulence at a given point of the box at time t and time t ' = t + dt, is like studying in the experiment at time t and space x of test section, and time t' and space x + dx of the test section, with dx = U dt. When statistical isotropy is satisfied, we can verify a phenomenology of the evolution of the temporal coherence of various space scales of the concentration fluctuation fields based on the ideas of Comte-Bellot and Corrsin. This experiment is also an opportunity to give results on probability densities of various statistical properties of fluctuating velocity fields.

The research work focuses on optimizing various parameters for controlling cells using negative dielectrophoresis and entrapping them in droplet microfluidics. This is achieved by developing a conductivity medium, combining CytoRecovery, BSA, and EDTA, to maintain a steady count of single cells with good viability over an extended period. The study involves the optimization of frequency and voltage applied to the electrodes to achieve the desired dielectrophoretic forces for long-term cell manipulation. The optimization is based on simulations performed using myDEP and COMSOL software. Additionally, the stability of the conductivity medium is tested during prolonged electric field applications. Considering the significance of working with cells, ensuring the temperature inside the channels remains within physiological limits is vital. Both COMSOL simulations and physical experiments using Rhodamine B dye are conducted to achieve this objective. Moreover, a well-designed process flow is proposed for performing cellular entrapment in droplets. Finally, a novel microfluidic cleaning protocol has been developed to efficiently eliminate both non-biological and biological contaminants from the microfluidic chamber. This innovative protocol has the potential to enable the reuse of any microfluidic chip that does not possess a functionalized surface. / Forskningsarbetet fokuserar på att optimera olika parametrar för att kontrollera celler med hjälp av negativ dielektrofores och fånga in dem i droppmikrofluidik. Detta uppnås genom att utveckla ett konduktivitetsmedium, som kombinerar CytoRecovery, BSA och EDTA, för att upprätthålla ett jämnt antal enstaka celler med god livsduglighet under en längre period. Studien involverar optimering av frekvens och spänning som appliceras på elektroderna för att uppnå de önskade dielektroforetiska krafterna för långvarig cellmanipulation. Optimeringen är baserad på simuleringar utförda med mjukvaran myDEP och COMSOL. Dessutom testas konduktivitetsmediets stabilitet under långvariga elektriska fälttillämpningar. Med tanke på betydelsen av att arbeta med celler är det viktigt att se till att temperaturen inuti kanalerna håller sig inom fysiologiska gränser. Både COMSOL-simuleringar och fysiska experiment med Rhodamine B-färgämne genomförs för att uppnå detta mål. Dessutom föreslås ett väldesignat processflöde för att utföra cellulär infångning i droppar. Slutligen har ett nytt mikrofluidrengöringsprotokoll utvecklats för att effektivt eliminera både icke-biologiska och biologiska föroreningar från mikrofluidkammaren. Detta innovativa protokoll har potential att möjliggöra återanvändning av alla mikrofluidiska chip som inte har en funktionaliserad yta.

Le but principal du présent travail est ainsi de réaliser une expérience de mélange par la turbulence, dans laquelle il est possible de déterminer et de quantifier les temps de cohérence des différentes échelles spatiales des fluctuations du champ de vitesse et du champ de concentration qu'il transporte et mélange. La turbulence est ici voisine de la situation idéale statistiquement homogène et isotrope, et la configuration est conçue pour qu'il en soit de même pour le champ de concentration. La turbulence est créée par une grille placée perpendiculairement à un écoulement uniforme à l'extérieur des couches limites qui se développent le long des parois de la veine d'essais à section carrée constante. L'écoulement de la présente étude est un écoulement d'eau, dans lequel le champ de concentration est celui d'une solution de Rhodamine B injectée au niveau de la grille à travers des injecteurs équi-répartis le long des barreaux de celle-ci. Ce choix, dicté par la technique de mesure du champ de concentration par Fluorescence Induite par Laser, permet en outre de mesurer le champ de vitesse par une autre technique optique, elle aussi non-intrusive. Pour se rapprocher le plus de la théorie d'un mélange idéal statistiquement homogène et isotrope sans vitesse moyenne, on considère dans l'expérience, conformément à l'hypothèse de Taylor, que toutes les échelles associées à chacun de ces champs, sont convectés à la vitesse moyenne U de l'écoulement, et l'on suit une "boîte de turbulence" qui se déplace à cette vitesse le long de la veine. Par suite déterminer l'état de la turbulence en un point donné de cette boite à l'instant t et à l'instant t'=t+dt, revient à l'étudier dans l'expérience à t à l'abscisse x de la veine d'essai, et à t' à l'abscisse x+dx , avec dx=Udt, où se trouve le point de la boîte aux deux instants successifs. Les résultats expérimentaux concernant les échelles pour lesquelles l'isotropie statistique est satisfaite, permettent alors de vérifier une phénoménologie de l'évolution de la cohérence temporelle des diverses échelles spatiales du champ des fluctuations de concentration fondée sur les idées de Comte-Bellot et Corrsin. Cette expérience, est en outre l'occasion de donner des résultats sur les densités de probabilité de diverses propriétés statistiques des champs de fluctuation de vitesse.

This study focuses on preparing surface enhanced fluorescence (SEF) substrates for use in the enhancement of the emission signal of rhodamine B and fluorescein dyes. Fluorescence spectroscopy has been widely utilized owing to its high sensitivity. SEF is a process where the interactions of fluorophores with the localized surface plasmons of metal nanoparticles results in fluorescence enhancement, increased photostability and rates of system radiative decay which leads to a decreased lifetime. One of the most important factors of SEF studies is to provide a uniform distance between fluorophore and metal nanoparticle in a controlled manner / otherwise, F&ouml / rster resonance energy transfer takes place from fluorophore to metal nanoparticle and emission intensity of fluorophore is quenched. The spherical gold and silver nanoparticles were prepared using the well known and straightforward chemical reduction method, in which sodium citrate acted both as a reducing agent and a stabilizer around the formed nanoparticles. Silver and gold were chosen because of their high plasmon field enhancement. Since plasmon field strongly depends on the shape and size of the nanoparticles, the prepared nanoparticles were characterized using absorption spectroscopy and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Prior to deposition of silver or gold nanoparticles on glass slides, the slides were derivatized by immersing them into an aqueous solution of 3-Aminopropylethoxysilane (APTES). Following derivatization, silver or gold nanoparticles were deposited by immersing the slides into the colloid mixture. Metal nanoparticle coated slides were characterized using absorption spectroscopy and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Surface enhanced Raman scattering (SERS) measurements were carried out to observe the plasmon efficiency of the deposited nanoparticles. The SERS measurements were repeated for the duration of two weeks in order to check the stability of the plasmon efficiency. In this study, different types of materials (silica, zinc oxide, gold, stearic acid.) were employed as spacers to observe their effects on fluorescence enhancement. Physical vapor deposition (PVD) and Langmuir-Blodgett (LB) film deposition techniques were used for the formation of the spacer within the substrate. Fluorescence enhancement of rhodamine B and fluorescein was observed on the prepared SEF substrates. Obtained enhancement factors indicate that SEF substrates have the potential for sensitivity improvements of fluorescence sensing in many fields.