Calcul de la force diélectrophorétique dans les microsystèmes biologiques: comparaison du modèle dipolaire avec le modèle du tenseur de Maxwell

RésuméDans ce travail on examine la validité du modèle du dipôle ponctuel habituellement utilisé pour évaluer la force diélectrophorétique s’exerçant sur les cellules biologiques dans les microsystèmes. Le modèle dipolaire est confronté au modèle plus complet du tenseur de Maxwell qui tient compte de la présence des cellules. Les résultats obtenus avec la méthode des Eléments Finis, dans une configuration pointe-plan, montrent que l’approche du dipôle ponctuel n’est pas satisfaisante lorsque la taille des cellules n’est pas très petite devant la distance entre électrodes. On examine également le problème de l’interaction mutuelle entre deux cellules placées dans un champ uniforme. Dans ce cas l’approche dipolaire demeure très satisfaisante tant que la distance entre cellules est suffisamment grande (>∼R>∼R).

The validity of the point-dipole approach, frequently used to estimate the dielectrophoretic force applied upon biological cells in microsystems, is examined. Forces given by this approach are compared to those obtained by the Maxwell stress tensor method. In a needle-plate electrode configuration, results provided by finite element method show that the point-dipole approach is unsatisfactory when cells size is comparable to the gap distance. When subjected to a uniform electric field, cell-to-cell interaction is studied. In that case, the point-dipole approach is very accurate provided that cell-to-cell distance is larger than their radius R.