Vidéo de présentation de notre projet

Pour une approche plus détaillée du projet, voir la présentation du 17 juin 2016.
Presentation

Protocoles & Méthodes

Synthèse des hydrogels

L’hydrogel utilisé est un copolymère d’acide acrylique (AA) et de polyéthylène glycol acrylate (PEGA) chimiquement réticulé par le polyéthylène glycol diacrylate (PEGDA). La différence entre les différents protocoles réside essentiellement dans la modification du ratio entre les deux monomères utilisés.

Toutes les manipulations se font sous hotte.

Dans un erlenmeyer placé sous agitation, on dissout 5mg de soude dans 10mL d’eau distillée (pH=12). On introduit successivement le PEGA, l’AA et le PEGDA. On ajoute quelques gouttes d’éosine ou de bleu de méthylène pour colorer la solution. On ajoute le persulfate d’ammonium et le TEMED pour amorcer la polymérisation. On introduit rapidement la solution dans des pipettes en plastique. On couvre le dessus des pipettes de parafilm et on laisse la solution gélifier dans une étuve à 60°C durant 10h.

PEGA/AA/PEGDA : 1/1/0,2 (monomères/réticulant : 1/0,1)

PEGA/AA/PEGDA : 1/2,3/0,17 (monomères/réticulant : 1/0,05)

PEGA/AA/PEGDA : 1/2,3/0,3 (monomères/réticulant : 1/0,1)

PEGA/AA/PEGDA : 1/1,5/0,125 (monomères/réticulant : 1/0,05)

Expérience de déflexion et d’oscillation de l’hydrogel

Matériel

– fil électrique
– une relai électrique DPDT
– un générateur de tension basses fréquences
– une cuve
– un support
– une source de tension réglable (un générateur d’électrophorèse par exemple)
– deux lames d’acier inoxydable
– du parafilm
– un réchaud
– deux feuilles de graphite
– un peigne

Montage

La cuve est remplie d’eau, ou d’une solution saline de concentration contrôlée inférieure à 10-1M. Les électrodes sont placées dans les crans du peigne prévus à cet effet. L’échantillon de polymère est placé dans le cran central du peigne, et la partie supérieure de l’hydrogel est isolée de la solution par un système d’enveloppe (doigt de gants de protection ici).

Cuve, peigne et support

La cuve est façonnée de PMMA. Une grille de dimension connue peut être tracée sur le fond de la cuve pour servir de repère.
Le peigne comporte une ouverture centrale destinée à accueillir l’hydrogel du test. Des crans, servant à accueillir les électrodes, sont régulièrement espacés à partir de l’ouverture centrale. Ils permettent de s’adapter au mieux à la géométrie du mouvement, et de moduler le champ électrique appliqué entre les électrodes.
Le support sert à placer une caméra pour l’acquisition d’image à analyser. Pour augmenter le contraste, et donc exploiter plus facilement les images, on peut placer la cuve sur une plaque à LED.

Fabrication des électrodes inertes

– faire chauffer deux lames d’acier inoxydable à une température de 60°C.
– sur les deux lames chaudes, superposer successivement une couche de parafilm et un feuillet de graphite.
– compresser le tout jusqu’à ce que l’électrode ait refroidi à température ambiante.

Les électrodes ainsi construites sont prêtes à l’emploi, il suffit de les connecter à une source de tension en utilisant des pinces croco ou en soudant la face carbonée à un fil dénudé avec de l’étain.

Fonctionnement du relais

Sous l’action d’un champ magnétique, généré pas la self et contrôlé par le GBF, ce device inverse l’orientation du champ électrique entre les électrodes. On crée ainsi un champ électrique d’amplitude montant jusqu’à 200V.

Protocole

– Placer une caméra sur le support au dessus de la cuve.
– Placer les électrodes aux crans souhaités.
– Placer l’hydrogel à tester
– Filmer les oscillations du polymère pour une fréquence et une tension donnée
– Faire varier les paramètres de tension et de fréquence

Les images expérimentales peuvent ensuite être traitée sous ImageJ pour en extraire amplitude d’oscillation et vitesse d’oscillation.

Électronique

Schéma du montage électronique

Vee = 6 V
Vdd = 6 V
R1 = 15 Ω
R2 = R3 = Résistance variable 100 Ω – 5 MΩ
C1 = 10 nF
C2 = 1 µF (haute tension)
C3 = 10 µF
L1 = 6800 µH

Remarques

Vee est la tension à amplifier, Vdd est l’alimentation des triggers de Schmitt. En pratique, on soude deux piles boutons de 3 V en série pour avoir une tension d’alimentation Vdd > 5V nécessaire pour le fonctionnement du trigger de Schmitt. Les mêmes piles sont utilisées pour alimenter les deux triggers de Schmitt : un composant contient 4 triggers de Schmitt qui sont reliés aux deux mêmes pattes d’alimentation.

R2 et R3 sont des résistances variables pour avoir plus de flexibilité pour fixer l’amplification réalisée par le hacheur et la fréquence d’oscillation. Une fois la valeur optimale trouvée, on peut les remplacer par des résistances à valeur fixe.

C2 doit pouvoir supporter la tension de sortie de l’ordre de 100V. Il faut veiller à utiliser un matériel adapté : les condensateurs « classiques » ne supportent pas de telles tensions a priori.

Réalisations

Nous avons réussi à obtenir une fréquence d’oscillation minimale de 2 Hz. Elle est facilement ajustable en remplaçant la capacité C3 et/ou la résistance R3.

En ce qui concerne l’amplification, nous avons réussi à amplifier 6V en 60V. On pourrait espérer obtenir une meilleure amplification avec une optimisation des valeurs des composants. Ceci étant, nous avons réussi à obtenir un mouvement satisfaisant à 60V.

Liste des composants utilisés (commandés sur les sites internet indiqués. Dernière consultation 13/06/2016)

– Pile Bouton : http://www.ruedespiles.com/piles-boutons/pile-bouton-3v-cr/pile-cr-2032-varta-3v-lithium-par-1-p-14104.html?ggs&gclid=CO2vyO7wq8oCFRFmGwodXU0Gww
– Relais : http://fr.farnell.com/te-connectivity-axicom/5-1462037-3/relais-de-signal-dpdt-250vac-220vdc/dp/2251783
– Diodes : http://fr.farnell.com/fairchild-semiconductor/1n4149/small-signal-diode-500ma-direct/dp/1651147
– Bobines : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/440339/Inductance-Fastron-77A-682M-00-sortie-axiale-6800-H-96-1-pcs
– Condensateurs : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/453064/Condensateur-ceramique-10-nF-50-V-10-1-pcs
– Résistance variable : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/430730/Trimmer-Piher-PT-10-LH-10K-miniature-linaire-015-W-10-k-220-240-1-pcs?ref=list
– Transistor : http://fr.farnell.com/fairchild-semiconductor/bs170/transistor-mosfet-n-to-92/dp/1017687
– Trigger de Schmitt : http://fr.farnell.com/texas-instruments/cd4093bm/trigger-schmitt-logique-nand-soic/dp/2395910