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WO 2006/077299 PCT/FR2006/000010
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REMPLISSAGE D'UN MICROCANAL D'UN COMPOSANT
D'UN MICROSYSTEME FLUIDIQUE
L'invention concerne le remplissage d'un microcanal d'un composant
d'un microsystème fluidique ainsi qu'un tel composant adapté à ce
remplissage.
Les composants des microsystèmes fluidiques sont le plus souvent
réalisés en matériau plastique ou en élastomère et comprennent des
microcanaux dont la largeur et la hauteur sont de quelques dizaines à
quelques centaines de micromètres. II est difficile de remplir de liquide ces
microcanaux, d'autant plus que certains des matériaux les plus utilisés pour
fabriquer ces composants sont hydrophobes, notamment le
polydiméthylsiloxane ou PDMS.
Il faut aussi veiller à ce que le liquide introduit dans un microcanal
d'un tel composant ne contienne pas de bulles d'air ou de gaz qui seraient
susceptibles de gêner, voire d'arrêter l'écoulement du liquide dans le
microcanal. De plus, le matériau plastique ou l'élastomère dans lequel est
formé le composant absorbe facilement les gaz et est donc susceptible de
dégazer et de libérer des bulles de gaz dans le liquide contenu dans le
microcanal, par exemple en conséquence d'une élévation de température
ou d'une baisse de la pression dans le microcanal.
La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution
simple, efficace et économique à ces problèmes.
Elle propose un procédé de remplissage d'un microcanal dans un
composant d'un microsystème fluidique, ce composant étant réalisé au
moins en partie en matériau plastique ou en élastomère susceptible
d'absorber des gaz avec lesquels il est en contact, le procédé étant
caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre ledit composant à un dégazage
sous vide, puis à placer ce composant dans une atmosphère ambiante ou
environnante, à introduire un liquide dans le microcanal du composant et à
remplir le microcanal dudit liquide en laissant agir sur le liquide une
aspiration résultant d'une absorption par le composant des gaz contenus
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dans le microcanal.
Le composant en matériau plastique ou en élastomère qui a été
dégazé a tendance à réabsorber immédiatement les gaz avec lesquels il
est en contact.
L'invention met à profit ce phénomène pour créer une aspiration
dans un microcanal du composant et utilise cette aspiration pour remplir le
microcanal de liquide.
L'aspiration provoquée par la réabsorption de gaz par le composant
dégazé est largement suffisante pour remplir de liquide un microcanal de
dimension usuelle.
Si le liquide introduit dans le microcanal contient lui-même des bulles
d'air ou de gaz, celles-ci vont être absorbées par le composant de sorte
que le liquide remplissant le canal est purgé de ces bulles d'air ou de gaz.
Le remplissage d'un microcanal d'un composant du type précité peut
donc être réalisé automatiquement et de façon particulièrement fiable, sans
qu'il soit nécessaire d'utiliser les moyens connus à cet effet dans la
technique antérieure, qui sont en général peu faciles à mettre en ceuvre et
qui ne permettent pas de résoudre les problèmes causés par la présence
de bulles d'air ou de gaz dans le liquide.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste
également à enfermer sous vide le composant dégazé dans un emballage
hermétique et, ultérieurement, à ouvrir cet emballage pour utiliser le
composant, cette utilisation comprenant une introduction d'un liquide dans
un microcanal du composant, l'intervalle de temps entre l'ouverture de
l'emballage du composant et l'introduction du liquide dans le microcanal du
composant étant inférieur à une durée prédéterminée.
Cette durée prédéterminée est de 15 à 20 minutes environ quand le
composant est en un élastomère du type PDMS.
Le dégazage du composant est réalisé sous un vide partiel pendant
une durée minimale prédéterminée qui, par exemple, est d'environ 1 à 2
heures quand le dégazage est réalisé à une pression d'environ 100 à 200
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mbar (1 à 2.104 Pa).
De préférence, pour le remplissage du microcanal du composant, du
liquide est introduit dans un puits d'alimentation formé à une extrémité du
microcanal, de sorte que le liquide introduit dans ce puits forme un obstacle
isolant le microcanal de l'atmosphère environnante.
L'absorption du gaz contenu dans le microcanal par le composant
permet alors un remplissage complet du microcanal par le liquide sans
aucune bulle d'air ou de gaz.
L'invention propose également un composant d'un microsystème
fluidique, réalisé au moins en partie en matière plastique ou en élastomère
susceptible d'absorber des gaz et comprenant au moins un microcanai
destiné à être rempli d'un liquide, ce composant étant caractérisé en ce
qu'il a été préalablement dégazé sous vide et en ce qu'il est conditionné
sous vide dans un emballage hermétique.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le composant
comprend un puits d'alimentation ouvert à une extrémité et relié au
microcanal par son autre extrémité.
L'extrémité du microcanal opposée à ce puits d'alimentation peut
être fermée ou bien peut déboucher dans un autre puits d'alimentation.
Dans ce dernier cas, une partie médiane du microcanal a une
section supérieure à celle des parties d'extrémités du microcanal reliées au
puits d'alimentation et forme une zone de mélange de liquide.
Selon une autre caractéristique de l'invention, plusieurs
microcanaux peuvent être reliés par une de leurs extrémités à un même
puits d'alimentation.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le microcanal est
formé dans une face inférieure du composant qui est appliquée sur un
support approprié formant le fond du microcanal, et le puits d'alimentation
précité débouche sur une face supérieure du composant.
Le support peut être en verre, en matériau plastique non dégazable
ou en toute autre matière appropriée et peut ou non constituer un ensemble
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unitaire avec le composant.
L'invention est applicable dans de nombreux domaines :
amortissement fluidique, analyse d'échantillons biologiques ou chimiques,
réactions de catalyse hétérogène, d'hybridation d'ADN, d'agrégation de
particules, etc...
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails
et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la
description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins
annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un composant selon
l'invention conditionné sous vide dans un emballage hermétique ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe de ce composant
sorti de son emballage et posé sur un support approprié ;
- les figures 3, 4 et 5 sont des vues correspondant à la figure 2 et
représentent trois étapes du remplissage d'un microcanal du composant
par un liquide ;
- la figure 6 est une vue schématique de dessus d'une variante de
réalisation du composant ;
- la figure 7 est une vue schématique de dessus d'une autre variante
de réalisation du composant ;
- la figure 8 est un organigramme des principales étapes du procédé
selon l'invention.
Le composant 10 représenté schématiquement aux figures 1 à 5 est
un composant d'un microsystème fluidique réalisé au moins en partie en un
élastomère tel que du PDMS (polydiméthylsiloxane) et se présente sous
forme d'un petit bloc ou d'une plaquette dont une face comporte un
microcanal 12 relié par l'une de ses extrémités à un puits d'alimentation 14
qui débouche sur une face opposée du composant 10, l'autre extrémité du
microcanal étant fermée (non débouchante).
Ce composant 10 en élastomère a été, selon l'invention, dégazé
sous vide et conditionné sous vide dans un emballage hermétique 16
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réalisé en un matériau approprié étanche aux gaz.
L'emballage 16 forme par exemple une alvéole dans laquelle est
placé le composant 10 et qui est fermée de façon étanche par un opercule
18.
5 Le dégazage auquel est soumis le composant 10 avant son
conditionnement est réalisé sous un vide partiel à une pression de 100 à
200 mbars par exemple (1 à 2.104 Pa) pendant une durée d'une à deux
heures environ.
Pour être utilisé, le composant 10 est sorti de son emballage 16 et
posé sur un support approprié 20 tel par exemple qu'une plaque de verre
ou de matériau plastique approprié, le composant 10 étant posé sur cette
plaque 20 par sa face dans laquelle est formé le microcanal 12.
Ce microcanal contient un réactif 22 qui est fixé, par exemple par
greffage, en un point prédéterminé du support 20.
Lorsque le composant 10 est en PDMS ou analogue, son adhérence
sur le support 20 en verre ou en matériau plastique est naturelle.
On introduit ensuite un liquide 24 dans le puits 14 comme représenté
en figure 3, de façon à remplir au moins une partie de ce puits par le liquide
24 qui forme alors un bouchon séparant le microcanal 12 de l'atmosphère
environnante.
Le matériau du composant 10 est dans cet exemple naturellement
hydrophobe et cette propriété du matériau et le gaz contenu dans le
microcanal 12 s'opposent à ce que le liquide 24 remplisse le microcanal 12
et vienne au contact du réactif 22.
Toutefois, le composant 10 qui a été dégazé sous vide, absorbe les
gaz avec lesquels il est en contact et notamment le gaz (c'est-à-dire de l'air
dans la plupart des cas) qui remplit le microcanal 12. Cette absorption se
traduit par une baisse de pression dans le microcanal 12 et donc par une
aspiration du liquide contenu dans le puits 14. Les capacités d'absorption
de gaz par le matériau dégazé du composant 10 sont telles que tout le gaz
contenu dans le microcanal 12 peut être absorbé par le composant 10 et
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remplacé au fur et à mesure par le liquide 24 contenu dans le puits 14,
comme représenté schématiquement aux figures 4 et 5.
Si, éventuellement, le liquide 24 contient lui-même des bulles d'air
ou de gaz, ces bulles vont être absorbées par le matériau du composant 10
lors du remplissage du microcanal 12 par le liquide 24.
Lorsque le microcanal 12 est totalement rempli comme représenté
en figure 5, on peut procéder aux opérations prévues pour réaliser une
réaction donnée du liquide 24 sur le réactif 22, ces opérations comprenant
par exemple des cycles de chauffage, de maintien en température, etc...
pendant une durée plus ou moins longue.
Lors de ce traitement, le matériau du composant 10 qui a réabsorbé
relativement peu de gaz depuis son déconditionnement, n'est pas
susceptible, pendant une durée de plusieurs heures, de libérer des bulles
d'air ou de gaz dans le liquide 24 contenu dans le microcanal 12, ce qui
permet de réaliser sans difficulté les réactions prévues.
Typiquement, un composant 10 dégazé et conditionné sous vide
comme indiqué plus haut, doit être utilisé dans les 15 à 20 minutes qui
suivent l'ouverture de l'emballage 16, la réabsorption de gaz par le
matériau du composant 10 étant suffisante pour assurer le remplissage du
ou des microcanaux 12 par le ou les liquides appropriés, après quoi le
composant 10 peut être utilisé pendant 5 à 6 heures environ sans libérer de
bulles de gaz dans le ou les microcanaux 12 au cours de son utilisation.
La configuration du composant et de son ou de ses microcanaux et
puits d'alimentation peut être quelconque.
Par exemple, comme représenté schématiquement en figure 6, un
même puits d'alimentation 14 peut être relié aux extrémités de plusieurs
microcanaux 12 s'étendant en étoile autour du puits 14.
Comme représenté schématiquement en figure 7, un même
microcanal 12 peut être relié à ses extrémités à deux puits d'alimentation
14 et comprendre une zone médiane 26 de plus grande dimension, formant
une zone de mélange des liquides introduits dans les puits 14.
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De nombreuses autres variantes de configuration sont bien entendu
possibles.
Typiquement et de façon classique, les dimensions des microcanaux
12 sont de quelques dizaines à quelques centaines de pm en hauteur et en
largeur.
La présente invention permet toutefois, si cela est utile, de réaliser
des microcanaux dont les dimensions en hauteur et en largeur sont
inférieures à celles indiquées ci-dessus et qui seraient très difficiles à
remplir de liquide par les moyens connus de la technique antérieure.
Le procédé de remplissage selon l'invention permet dans tous les
cas d'assurer un remplissage total des microcanaux 12, même si leurs
dimensions sont très faibles et si le matériau du composant 10 est
hydrophobe.
Comme représenté schématiquement en figure 8, le procédé selon
l'invention consiste essentiellement en un dégazage préalable 30 du
composant 10 par exposition à un vide partiel pendant une durée
suffisante, ce dégazage étant suivi par un conditionnement sous vide 32
dans un emballage hermétique, le composant 10 ainsi conditionné pouvant
être stocké un certain temps.
Pour son utilisation, le composant 10 est déconditionné (étape 34) et
doit être utilisé en 36 dans les 15 à 20 minutes qui suivent l'ouverture de
l'emballage hermétique.
En variante, il est bien entendu possible de dégazer le composant 10
de la façon indiquée, puis de l'utiliser dans les 15 à 20 minutes qui suivent
la fin du dégazage, sans le conditionner entre temps dans un emballage
hermétique.
Dans une autre variante, il est aussi possible de poser ou fixer le
composant 10 sur le support 20 comportant le ou les réactifs 22, de
dégazer de la façon précitée l'ensemble composant 10-support 20,
d'enfermer sous vide cet ensemble dans un emballage étanche et de le
stocker avant de l'utiliser.
