FR2783919A1 - Integrated optical biochemical sensor for detecting the different fluid components during fluid analysis uses wave guide and optical coupler on substrate having slotted fluid channel - Google Patents

Integrated optical biochemical sensor for detecting the different fluid components during fluid analysis uses wave guide and optical coupler on substrate having slotted fluid channel Download PDF

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Abstract

The sensor includes a channel (48) through which the fluid to be analyzed passes, an optical wave guide (52) arranged over a part or the whole of the length of the passage (48), a biochemical layer on the wall of waveguide in contact with fluid, sensitive to components to be detected, fluid transport system, with electrodes, light beam emitter and optical coupler. The channel (48), wave guide (52) and the optical coupler (68,78) are formed in a slot in a substrate (60). A cover (56) covering the upper face of the substrate (60) closes the slot to form the channel (48). The fluid transport system electrodes are formed on the cover (56) or the substrate (60). Voltage on the electrodes generates an electrical field which displaces the fluid.

Description

-1-1

CAPTEUR OPTIQUE INTEGREINTEGRATED OPTICAL SENSOR

POUR DETECTER LES COMPOSANTS D'UN FLUIDE  TO DETECT THE COMPONENTS OF A FLUID

L'invention concerne les capteurs biochimiques qui sont utilisés pour détecter les composants d'un fluide et, plus particulièrement, des capteurs du type optique. Dans certains capteurs de ce type, par exemple, la vitesse de phase d'un faisceau lumineux dans un guide d'onde optique est modifiée par la variation de l'indice de réfraction de la paroi du guide due à la présence d'un composant du fluide à analyser, le fluide étant en contact avec la paroi du guide par l'intermédiaire d'une couche biochimique adaptée au composant à détecter. Les changements de la vitesse de phase peuvent alors être mesurés avec précision par un dispositif interférométrique tel que  The invention relates to biochemical sensors which are used to detect the components of a fluid and, more particularly, sensors of the optical type. In certain sensors of this type, for example, the phase speed of a light beam in an optical waveguide is modified by the variation of the refractive index of the wall of the guide due to the presence of a component. of the fluid to be analyzed, the fluid being in contact with the wall of the guide by means of a biochemical layer adapted to the component to be detected. Changes in phase velocity can then be accurately measured by an interferometric device such as

l'interféromètre Mach-Zehnder.the Mach-Zehnder interferometer.

Dans d'autres capteurs, la détection des composants du fluide mis en contact avec le guide d'onde met en oeuvre d'autres caractéristiques de ces composants telle que leur propriété d'absorption de certaines longueurs d'onde ou d'émission de  In other sensors, the detection of the components of the fluid brought into contact with the waveguide implements other characteristics of these components such as their property of absorption of certain wavelengths or emission of

fluorescence.fluorescence.

Une structure de capteur biochimique selon l'art antérieur d'un certain type est représentée sur la figure 1 et comprend une partie ou bloc optique 10 et une partie ou bloc fluidique 12 pour le passage du liquide à analyser, ces deux parties 10 et 12 étant assemblées suivant leurs faces opposées 14 et 16 respectivement. Le bloc optique 10 comprend un substrat 18 en polymère sur lequel est réalisé un guide d'onde optique 20, une source de lumière (diode électroluminescente ou diode laser) 26 et un détecteur 30. Sur le substrat existent également deux réseaux de couplage 22 et 28 pour, respectivement, coupler le faisceau incident 24 au guide d'onde et diriger le  A structure of biochemical sensor according to the prior art of a certain type is represented in FIG. 1 and comprises a part or optical block 10 and a part or fluid block 12 for the passage of the liquid to be analyzed, these two parts 10 and 12 being assembled along their opposite faces 14 and 16 respectively. The optical unit 10 comprises a polymer substrate 18 on which an optical waveguide 20 is produced, a light source (light emitting diode or laser diode) 26 and a detector 30. On the substrate also exist two coupling networks 22 and 28 for, respectively, coupling the incident beam 24 to the waveguide and directing the

faisceau de sortie sur le détecteur 30.  output beam on detector 30.

La partie 12 est réalisée de manière à ménager un passage 32 pour le fluide à analyser, fluide qui entre par un conduit d'entrée 34 et sort par un conduit de  Part 12 is made so as to provide a passage 32 for the fluid to be analyzed, which fluid enters via an inlet duct 34 and exits via a duct

sortie 36.exit 36.

La face du guide d'onde 20 en contact avec le liquide à analyser est recouverte sur une certaine longueur ou surface d'une substance de détection 38  The face of the waveguide 20 in contact with the liquid to be analyzed is covered over a certain length or surface with a detection substance 38

adaptée au composant à détecter.adapted to the component to be detected.

Dans la structure de la figure 1, il est prévu une cavité 40 au-dessus du réseau de couplage 22 dans laquelle circule une solution tampon, ou fluide "neutre" vis-à-vis de la propagation des ondes. Cette solution tampon entre par un conduit 42 et sort par le conduit 36 sans se mélanger au fluide à analyser qui sort du passage 32. Par cette disposition, on évite que le réseau de couplage 22 soit en contact avec le fluide à analyser avec le risque que ce dernier en modifie les propriétés optiques. Bien entendu, la même disposition peut être appliquée pour le réseau de couplage de  In the structure of Figure 1, there is provided a cavity 40 above the coupling network 22 in which circulates a buffer solution, or fluid "neutral" vis-à-vis the propagation of waves. This buffer solution enters via a conduit 42 and exits via the conduit 36 without mixing with the fluid to be analyzed which leaves the passage 32. By this arrangement, it is avoided that the coupling network 22 is in contact with the fluid to be analyzed with the risk. that the latter modifies its optical properties. Of course, the same arrangement can be applied for the coupling network of

sortie 28.exit 28.

Une telle structure présente l'inconvénient de séparer les deux fonctions, optique d'une part et fluidique d'autre part, ce qui conduit à fabriquer les deux parties 10 et 12 séparément et avec une très grande précision en vue de leur assemblage précis. Il en résulte alors un coût de fabrication élevé, d'autant plus élevé que le nombre de chemins de mesure est grand  Such a structure has the drawback of separating the two functions, optical on the one hand and fluidic on the other hand, which leads to manufacturing the two parts 10 and 12 separately and with very high precision with a view to their precise assembly. This therefore results in a high manufacturing cost, the higher the greater the number of measurement paths.

dans les capteurs multi-analyse ou multi-composant.  in multi-analysis or multi-component sensors.

Un but de la présente invention est de réaliser une nouvelle structure de capteur optique intégré qui est simple à fabriquer et d'un coût nettement inférieur à celui des structures de l'art antérieur, ce qui permet de réaliser plus facilement des structures  An object of the present invention is to provide a new integrated optical sensor structure which is simple to manufacture and at a cost much lower than that of the structures of the prior art, which makes it easier to produce structures.

multichemin ou multipiste pour des capteurs multi-  multipath or multitrack for multi- sensors

analyse ou multi-composant.analysis or multi-component.

Ce but est atteint en réalisant la partie optique et le canal ou conduit de passage du fluide sur un même côté d'un substrat, ce côté étant ensuite recouvert  This object is achieved by making the optical part and the channel or conduit for passage of the fluid on the same side of a substrate, this side then being covered.

d'une partie plate formant couvercle.  a flat part forming a cover.

L'invention concerne un capteur optique intégré pour détecter au moins un composant d'un fluide à analyser comprenant: - au moins un canal ou conduit pour le passage du fluide à analyser, - un guide d'onde optique disposé sur toute ou partie de la longueur du canal, - une couche biochimique sensible à au moins ledit composant à détecter disposée sur la paroi du guide d'onde optique en contact avec le fluide à analyser, - des moyens d'entrée et de sortie du fluide à analyser dans le conduit, - des moyens de transport du fluide à l'intérieur du conduit, - un émetteur d'un faisceau de lumière laser, - des moyens de couplage optique à l'entrée et à la sortie du guide d'onde optique pour l'entrée du faisceau de lumière laser et pour l'en sortir, et - un détecteur du faisceau de lumière laser sortant du guide d'onde optique, caractérisé - en ce que le conduit, le guide d'onde optique et les moyens de couplage optique sont réalisés dans au moins une rainure gravée dans un substrat, et - en ce qu'un couvercle recouvre la face supérieure pleine du substrat de manière à fermer la  The invention relates to an integrated optical sensor for detecting at least one component of a fluid to be analyzed comprising: - at least one channel or conduit for the passage of the fluid to be analyzed, - an optical waveguide disposed on all or part of the length of the channel, - a biochemical layer sensitive to at least said component to be detected disposed on the wall of the optical waveguide in contact with the fluid to be analyzed, - means for entering and leaving the fluid to be analyzed in the conduit, - means of transporting the fluid inside the conduit, - an emitter of a laser light beam, - means of optical coupling at the input and at the output of the optical waveguide for the entry and exit of the laser light beam, and - a detector of the laser light beam leaving the optical waveguide, characterized - in that the conduit, the optical waveguide and the optical coupling means are made in at least one engraved groove in a substrate, and - in that a cover covers the solid upper face of the substrate so as to close the

rainure et à réaliser ainsi le conduit.  groove and thus realize the conduit.

Dans un tel capteur, les moyens de transport, qui doivent assurer le passage régulier du fluide à analyser dans le canal, feront avantageusement usage de la technique de l'électrophorèse; le champ électrique nécessaire étant alors créé au moyen d'électrodes réalisées, au niveau du canal, soit sur le substrat, soit sur le couvercle. D'autres techniques peuvent également être mises en oeuvre, telles celles utilisant des micropompes ou tout autre moyen pour engendrer une différence de pression entre l'entrée et la sortie du canal. Les moyens d'entrée et de sortie du fluide à analyser peuvent être réalisés dans le substrat ou dans  In such a sensor, the means of transport, which must ensure the regular passage of the fluid to be analyzed in the channel, will advantageously make use of the technique of electrophoresis; the necessary electric field is then created by means of electrodes produced, at the level of the channel, either on the substrate or on the cover. Other techniques can also be implemented, such as those using micropumps or any other means to generate a pressure difference between the inlet and the outlet of the channel. The means for entering and leaving the fluid to be analyzed can be produced in the substrate or in

le couvercle.lid.

Une telle structure du capteur selon l'invention permet de réaliser un capteur multi-composant en réalisant une pluralité de conduits en parallèle sur un même substrat, chaque conduit étant adapté, par l'intermédiaire de la couche biochimique sensible, à  Such a sensor structure according to the invention makes it possible to produce a multi-component sensor by producing a plurality of conduits in parallel on the same substrate, each conduit being adapted, via the sensitive biochemical layer, to

détecter un des composants du fluide à analyser.  detect one of the components of the fluid to be analyzed.

Le réseau de couplage optique d'entrée est, par exemple, unique tandis que le réseau de couplage optique de sortie peut être unique ou comprendre un  The input optical coupling network is, for example, single while the optical output coupling network can be single or comprise a

réseau de couplage optique par composant à détecter.  optical coupling network by component to be detected.

Les moyens d'entrée et de sortie du fluide peuvent être prévus pour faire circuler une solution tampon au niveau des réseaux de couplage optique, tandis que le fluide à analyser circule uniquement dans les conduits  The fluid inlet and outlet means can be provided for circulating a buffer solution at the level of the optical coupling networks, while the fluid to be analyzed circulates only in the conduits

comprenant les couches biochimiques sensibles.  including sensitive biochemical layers.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la  Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the

description suivante d'exemples particuliers de  following description of specific examples of

réalisation, ladite description étant faite en relation  realization, said description being made in relation

avec les dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une structure d'un capteur optique intégré selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue en perspective cavalière d'une structure selon l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective cavalière d'une structure de base d'un capteur interférométrique Mach-Zehnder, - la figure 4 est une vue, en coupe simplifiée, d'un capteur dans lequel les conduits d'entrée et de sortie du fluide à analyser traversent le substrat, - la figure 5 est une vue en coupe simplifiée d'un capteur dans lequel les conduits d'entrée et de sortie du fluide à analyser traversent le couvercle, et - les figures 6, 7, 8 et 9 sont des schémas  with the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a structure of an integrated optical sensor according to the prior art, - Figure 2 is a perspective view of a structure according to the invention, - Figure 3 is a perspective view of a basic structure of a Mach-Zehnder interferometric sensor, - Figure 4 is a view, in simplified section, of a sensor in which the inlet and outlet conduits of the fluid to be analyzed cross the substrate, - Figure 5 is a simplified sectional view of a sensor in which the inlet and outlet conduits of the fluid to be analyzed pass through the cover, and - Figures 6, 7, 8 and 9 are diagrams

montrant des capteurs multi-analyse ou multi-composant.  showing multi-analysis or multi-component sensors.

Une variante de capteur optique intégré du type interféromètre MachZehnder selon l'invention comprend (figures 2 et 3) un substrat 60 dans lequel sont réalisées au moins deux rainures 62 et 64 séparées par une paroi 46, ces deux rainures ayant une entrée commune 48 et une sortie commune 50. Le fond des rainures 62 et 64 est recouvert d'une couche diélectrique 52 qui constitue un guide d'onde pour un faisceau de lumière 24 (figure 1) non représenté sur les figures 2 et 3. Dépendant du procédé de fabrication qui sera décrit ci-après, une couche diélectrique 54 peut recouvrir également la face supérieure du substrat ainsi que la surface supérieure de la paroi 46 séparant les deux rainures 62 et 64. La face supérieure du substrat 60 reçoit un couvercle 56 dont la face inférieure est fixée sur la couche diélectrique 54 de manière étanche de sorte que les rainures 62, 64 en combinaison avec l'entrée 48 et la sortie 50 réalisent des canaux ou conduits pour le passage d'un fluide à analyser. Il est à noter que les couches diélectriques 52 et 54 ont la même épaisseur car elles sont issues d'une  A variant of an integrated optical sensor of the MachZehnder interferometer type according to the invention comprises (FIGS. 2 and 3) a substrate 60 in which are made at least two grooves 62 and 64 separated by a wall 46, these two grooves having a common inlet 48 and a common outlet 50. The bottom of the grooves 62 and 64 is covered with a dielectric layer 52 which constitutes a waveguide for a light beam 24 (FIG. 1) not shown in FIGS. 2 and 3. Depending on the method of manufacturing which will be described below, a dielectric layer 54 can also cover the upper face of the substrate as well as the upper surface of the wall 46 separating the two grooves 62 and 64. The upper face of the substrate 60 receives a cover 56 whose face lower is fixed on the dielectric layer 54 in a sealed manner so that the grooves 62, 64 in combination with the inlet 48 and the outlet 50 provide channels or conduits for the p assage of a fluid to be analyzed. It should be noted that the dielectric layers 52 and 54 have the same thickness because they come from a

même opération de dépôt.same deposit operation.

Le fond de l'un des canaux 62 ou 64 constitué par la surface externe du guide d'onde comporte, sur une certaine longueur, un dépôt (non représenté) d'une substance biochimique sensible au composant à détecter dans le fluide. Selon une variante, des substances chimiques différentes peuvent être déposées dans les  The bottom of one of the channels 62 or 64 formed by the external surface of the waveguide comprises, over a certain length, a deposit (not shown) of a biochemical substance sensitive to the component to be detected in the fluid. Alternatively, different chemicals can be deposited in the

deux canaux.two channels.

La fabrication de la structure décrite en relation avec les figures 2 et 3 peut comprendre les étapes suivantes: - prendre un substrat, par exemple, en quartz, - réaliser, dans le substrat, les rainures 62 et 64, l'entrée 48 et la sortie 50, ainsi que les réseaux de couplage d'entrée et de sortie 22 et 28, par des techniques de structuration, telles qu'utilisées pour la fabrication des circuits intégrés et faisant appel à la photolithographie et à la gravure par voie humide ou sèche, - à déposer en une seule opération les couches diélectriques 52 et 54 sur une épaisseur suffisante pour obtenir un guide d'onde sur le fond des rainures, et à recouvrir le produit obtenu du couvercle 56 en scellant ce dernier sur la couche diélectrique 54 pour obtenir l'étanchéité des canaux obtenus à partir des  The manufacture of the structure described in relation to FIGS. 2 and 3 may include the following steps: - take a substrate, for example, made of quartz, - make, in the substrate, the grooves 62 and 64, the inlet 48 and the output 50, as well as the input and output coupling networks 22 and 28, by structuring techniques, such as those used for manufacturing integrated circuits and using photolithography and wet or dry etching , - depositing in a single operation the dielectric layers 52 and 54 over a thickness sufficient to obtain a waveguide on the bottom of the grooves, and covering the product obtained with the cover 56 by sealing the latter on the dielectric layer 54 for obtain the watertightness of the channels obtained from

rainures recouvertes par le couvercle.  grooves covered by the cover.

Selon une variante particulièrement intéressante de production en masse de composants bon marché, le substrat de quartz structuré est utilisé comme modèle pour une production par réplication de composants à base de polymère (par exemple, polycarbonate). Pour cela, un moule est réalisé par électrodéposition de Nickel sur le substrat structuré, pour reproduire les structures du modèle puis ce moule est utilisé pour la reproduction en quantité de composants identiques au modèle dans une matière polymère, ladite reproduction étant faite par estampage ou emboutissage à chaud (appelée "hot-embossing" dans la littérature anglo- saxone). D'autres techniques de réplication réalisant le transfert des structures d'un modèle dans un  According to a particularly interesting variant of mass production of inexpensive components, the structured quartz substrate is used as a model for a production by replication of polymer-based components (for example, polycarbonate). For this, a mold is produced by electrodeposition of Nickel on the structured substrate, to reproduce the structures of the model, then this mold is used for the reproduction in quantity of components identical to the model in a polymer material, said reproduction being made by stamping or stamping. hot (called "hot-embossing" in Anglo-Saxon literature). Other replication techniques realizing the transfer of the structures of a model in a

substrat bon marché peuvent également être utilisées.  inexpensive substrate can also be used.

Une fois obtenus, les composants structurés (rainures et structures de couplage), les étapes de dépôt du matériau constituant le guide d'onde, du matériau constituant la couche sensible et de fixation du  Once obtained, the structured components (grooves and coupling structures), the steps of depositing the material constituting the waveguide, the material constituting the sensitive layer and fixing the

couvercle sont exécutées comme indiqué ci-dessus.  cover are executed as shown above.

Les schémas simplifiés des figures 4 et 5 montrent deux exemples de réalisation de l'entrée et de la sortie du fluide à analyser, un premier exemple (figure 4) dans lequel les conduits d'entrée 80 et de sortie 82 sont réalisés dans le substrat 60 et un deuxième exemple (figure 5) dans lequel les conduits d'entrée 84 et de sortie 86 sont réalisés dans le couvercle 56, leur orifice vers l'extérieur pouvant se terminer par  The simplified diagrams of FIGS. 4 and 5 show two exemplary embodiments of the inlet and the outlet of the fluid to be analyzed, a first example (FIG. 4) in which the inlet 80 and outlet 82 conduits are produced in the substrate. 60 and a second example (FIG. 5) in which the inlet 84 and outlet 86 conduits are produced in the cover 56, their orifice towards the outside can end in

un évasement ou entonnoir 68 et 70.  a flare or funnel 68 and 70.

Sur ces figures 4 et 5, les traits discontinus 72 indiquent la zone de détection constituée par le guide d'onde optique revêtu par la couche biochimique sensible, les éléments référencés 74 et 76 indiquent des électrodes qui sont connectées à des sources de potentiel positive ou négative et les éléments référencés 78 et 68 indiquent les réseaux de couplage optique d'entrée et de sortie du faisceau de lumière  In these FIGS. 4 and 5, the broken lines 72 indicate the detection zone formed by the optical waveguide coated by the sensitive biochemical layer, the elements referenced 74 and 76 indicate electrodes which are connected to sources of positive potential or negative and the elements referenced 78 and 68 indicate the optical coupling networks of entry and exit of the light beam

dans le guide d'onde 52.in waveguide 52.

Dans les schémas des figures 4 et 5, il est supposé que le substrat 60 est en une matière transparente permettant le passage du faisceau incident depuis une source externe jusqu'au réseau de couplage d'entrée 78 et le passage du faisceau de sortie depuis le réseau de couplage de sortie 68 jusqu'à un détecteur externe. La réalisation de la source de lumière et du détecteur dans le substrat même du capteur est également envisageable pour une meilleure compacité de l'ensemble, le matériau du substrat devant dans ce cas  In the diagrams of FIGS. 4 and 5, it is assumed that the substrate 60 is made of a transparent material allowing the passage of the incident beam from an external source to the input coupling network 78 and the passage of the output beam from the output coupling network 68 to an external detector. The realization of the light source and the detector in the same substrate of the sensor is also possible for a better compactness of the assembly, the material of the substrate in this case

être choisi en conséquence.be chosen accordingly.

Les électrodes 74 et 76 servent à déplacer, par électrophorèse, le fluide à analyser dans les conduits de passage. Comme indiqué précédemment, d'autres dispositions de ces électrodes peuvent être prévues en fonction des applications envisagées ou des impératifs  The electrodes 74 and 76 serve to move, by electrophoresis, the fluid to be analyzed in the passage conduits. As indicated above, other arrangements of these electrodes may be provided depending on the applications envisaged or the requirements

de fabrication.Manufacturing.

Par suite de sa simplicité de fabrication, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour effectuer simultanément la détection de plusieurs composants quel que soit le phénomène physique mis en oeuvre pour détecter le composant: fluorescence,  Due to its simplicity of manufacture, the device according to the invention can be used to simultaneously detect several components regardless of the physical phenomenon used to detect the component: fluorescence,

réfractométrie, interférométrie, absorption, etc...  refractometry, interferometry, absorption, etc ...

Ainsi, le dispositif de la figure 6 concerne la réfractométrie, les dispositifs des figures 7 et 8 concernent la mise en oeuvre du phénomène d'interférence tandis que le dispositif de la figure 9 concerne la mise en oeuvre du phénomène de  Thus, the device of FIG. 6 relates to refractometry, the devices of FIGS. 7 and 8 relate to the implementation of the interference phenomenon while the device of FIG. 9 relates to the implementation of the phenomenon of

fluorescence.fluorescence.

Le dispositif de la figure 6 permet la détection simultanée de sept composants dans un même fluide en utilisant sept canaux ou voies 901 902, 903, 904, 905, 906 et 907, chaque voie comprenant une couche sensible biochimique particulière 921, 922, 923, 924, 925, 926 et 927. Le fluide à analyser rentre par l'entrée 102 et est distribué dans les sept voies ou canaux et sort par  The device of FIG. 6 allows the simultaneous detection of seven components in the same fluid using seven channels or channels 901 902, 903, 904, 905, 906 and 907, each channel comprising a specific biochemical sensitive layer 921, 922, 923, 924, 925, 926 and 927. The fluid to be analyzed enters through inlet 102 and is distributed in the seven channels or channels and exits through

la sortie 104.exit 104.

Le faisceau de lumière 106 pénètre dans le guide d'onde par le réseau de couplage optique 108 et en sort  The light beam 106 enters the waveguide through the optical coupling network 108 and leaves it

par le réseau de couplage 110.by the coupling network 110.

Les moyens de transport (par exemple, électrodes) pour le déplacement du fluide n'ont pas été représentés. Chaque couche biochimique est adaptée à détecter un composant et il en résulte des angles de sortie différents des faisceaux de lumière de sortie, selon le  The means of transport (for example, electrodes) for moving the fluid have not been shown. Each biochemical layer is adapted to detect a component and this results in different exit angles of the exit light beams, depending on the

composant qui est présent dans ce fluide.  component that is present in this fluid.

Selon une variante de réalisation, un réseau de couplage peut être prévu dans chaque bras de mesure 901 à 907, chaque réseau délivrant un faisceau de sortie à destination d'un détecteur donné. Le réseau d'entrée étant unique pour tous les bras de mesure, il devient même possible de calibrer le capteur pour tenir compte  According to an alternative embodiment, a coupling network can be provided in each measuring arm 901 to 907, each network delivering an output beam to a given detector. The input network being unique for all the measuring arms, it even becomes possible to calibrate the sensor to take into account

d'éventuelles pertes optiques.possible optical losses.

Les dispositifs des figures 7 et 8 permettent d'effectuer simultanément plusieurs détections de composants en mettant en oeuvre le phénomène d'interférence. Ainsi, sur la figure 7, le fluide à analyser pénètre par l'entrée 102 et est orienté ensuite vers trois voies 120, 122 et 124, chaque voie étant ensuite divisée en deux sous-voies parallèles égales (1201, 1202), (1221, 1222) et (1241, 1242) qui se recombinent  The devices in FIGS. 7 and 8 make it possible to carry out several component detections simultaneously by implementing the interference phenomenon. Thus, in FIG. 7, the fluid to be analyzed penetrates through the inlet 102 and is then oriented towards three channels 120, 122 and 124, each channel then being divided into two equal parallel sub-channels (1201, 1202), (1221 , 1222) and (1241, 1242) which recombine

ensuite pour permettre la sortie du fluide en 104.  then to allow the fluid to exit at 104.

Le faisceau de lumière entre par le réseau 108 et sort par les réseaux 126, 128 et 130 disposés après la recombinaison des deux sous-voies. Dans chaque voie , 122 et 124, une sous-voie 1201, 1221 et 1241 sert de référence, représentée par un hexagone, tandis que l'autre sous-voie 1202, 1222 et 1242 sert de mesure et incorpore une couche sensible représentée par un  The light beam enters via the network 108 and leaves via the networks 126, 128 and 130 arranged after the recombination of the two sub-channels. In each channel, 122 and 124, a sub-channel 1201, 1221 and 1241 serves as a reference, represented by a hexagon, while the other sub-channel 1202, 1222 and 1242 serves as a measurement and incorporates a sensitive layer represented by a

rectangle.rectangle.

Dans cette structure de la figure 7, les réseaux de couplage optique 108, 126, 128 et 130 sont en contact avec le liquide à analyser, ce qui peut altérer les mesures et, pour y remédier, il est proposé la structure de la figure 8 dans laquelle les réseaux de couplage optique sont en contact avec une solution tampon. Cette structure, qui est identique à celle de la figure 7 du point de vue optique, est différente du point de vue des trajets fluidiques. En effet, il est prévu des trajets fluidiques qui ne concernent que les réseaux de couplage optique et des trajets fluidiques  In this structure of FIG. 7, the optical coupling networks 108, 126, 128 and 130 are in contact with the liquid to be analyzed, which can alter the measurements and, to remedy this, the structure of FIG. 8 is proposed. in which the optical coupling networks are in contact with a buffer solution. This structure, which is identical to that of FIG. 7 from the optical point of view, is different from the point of view of the fluid paths. In fact, fluid paths are provided which only concern the optical coupling networks and fluid paths

qui ne concernent que les trajets de mesure.  which only concern the measurement paths.

Les réseaux de couplage 108, 126, 128 et 130 sont disposés dans des canaux séparés des canaux de mesure , 122 et 124. Ainsi, le fluide à analyser pénètre par l'entrée 132e disposée en aval du réseau de couplage d'entrée 108 et sort par trois sorties 132sl, 132s2 et 132s3 disposées en amont des réseaux de  The coupling networks 108, 126, 128 and 130 are arranged in channels separate from the measurement channels, 122 and 124. Thus, the fluid to be analyzed penetrates through the inlet 132e disposed downstream of the input coupling network 108 and exits via three outputs 132sl, 132s2 and 132s3 arranged upstream of the

couplage de sortie 126, 128 et 130.output coupling 126, 128 and 130.

La solution tampon pénètre par l'entrée 102e et sort par la sortie 102S pour le réseau de couplage 108 et elle pénètre par l'entrée 104e et sort respectivement par les sorties 104sl, 104s2 et 104s3  The buffer solution enters via inlet 102e and leaves via outlet 102S for the coupling network 108 and it enters via inlet 104e and exits respectively through exits 104sl, 104s2 and 104s3

pour les réseaux de couplage 126, 128 et 130.  for coupling networks 126, 128 and 130.

Dans la structure de la figure 9, mettant en oeuvre la détection de fluorescence ou d'absorption, le fluide à analyser pénètre par l'entrée 102 et sort par cinq sorties 1041, 1042, 1043, 1044 et 1045  In the structure of FIG. 9, implementing the fluorescence or absorption detection, the fluid to be analyzed enters through inlet 102 and exits through five outlets 1041, 1042, 1043, 1044 and 1045

correspondant chacune à une voie ou conduit de passage.  each corresponding to a passageway or conduit.

Le faisceau de lumière 106 pénètre par le réseau de couplage 108 et sort par cinq réseaux de couplage optique 1401, 1402, 1403, 1404 et 1405, chaque réseau de couplage optique étant associé à une couche biochimique sensible correspondant à un composant à détecter. Comme indiqué ci-dessus, chaque structure décrite en relation avec les figures 6, 7, 8 ou 9 met en oeuvre un seul phénomène physique: réfraction, interférence, absorption ou fluorescence. Cependant, l'invention permet de réaliser des structures qui mettent en oeuvre simultanément plusieurs phénomènes physiques pour la détection des composants. Ainsi, dans une structure semblable à celle de la figure 6, les voies 903 et 905, supposées de même longueur, peuvent mettre en oeuvre le phénomène d'interférence selon une cellule Mach-Zehnder à condition de prévoir un réseau de couplage optique à la sortie des deux voies 903 et 905. D'autres voies, par exemple les voies 901 et 902 peuvent être du type à fluorescence selon le schéma de la figure 9 avec un  The light beam 106 enters through the coupling network 108 and exits through five optical coupling networks 1401, 1402, 1403, 1404 and 1405, each optical coupling network being associated with a sensitive biochemical layer corresponding to a component to be detected. As indicated above, each structure described in relation to Figures 6, 7, 8 or 9 implements a single physical phenomenon: refraction, interference, absorption or fluorescence. However, the invention makes it possible to produce structures which simultaneously implement several physical phenomena for the detection of the components. Thus, in a structure similar to that of FIG. 6, the channels 903 and 905, assumed to be of the same length, can implement the interference phenomenon according to a Mach-Zehnder cell on condition of providing an optical coupling network to the exit from the two channels 903 and 905. Other channels, for example the channels 901 and 902 can be of the fluorescence type according to the diagram of FIG. 9 with a

réseau de couplage de sortie par voie.  output coupling network per channel.

Les avantages des capteurs selon l'invention sont, entre autres: - les structures sont faciles à réaliser et peu coûteuses, - ces structures permettent de réaliser un grand nombre de voies sur un même substrat, chaque voie, ou groupe de voies, permettant de détecter un composant particulier, - ces structures peuvent mettre en oeuvre simultanément plusieurs phénomènes physiques de détection, - tous les éléments critiques du capteur peuvent être réalisés sur un seul et même substrat, de sorte que le couvercle peut être une simple plaque ne  The advantages of the sensors according to the invention are, among others: - the structures are easy to produce and inexpensive, - these structures allow a large number of channels to be produced on the same substrate, each channel, or group of channels, making it possible to detect a particular component, - these structures can simultaneously implement several physical detection phenomena, - all the critical elements of the sensor can be produced on a single and same substrate, so that the cover can be a simple plate

requérant aucun positionnement précis.  requiring no precise positioning.

Bien qu'il ait été fait référence, dans la description  Although reference has been made, in the description

précédente, à des réseaux de couplage réalisés sur le guide d'onde pour, respectivement, coupler le faisceau de lumière incident dans ce dernier ou extraire de celui-ci le faisceau de sortie, on comprendra que d'autres moyens peuvent être utilisés sans limiter la portée de la présente invention. On mentionnera, à titre d'exemple, le couplage direct consistant à injecter, par une optique adaptée, la lumière incidente dans une paroi transversale du guide d'onde et à  above, to coupling networks produced on the waveguide for, respectively, coupling the incident light beam into the latter or extracting the output beam therefrom, it will be understood that other means can be used without limiting the scope of the present invention. Mention will be made, by way of example, of direct coupling consisting in injecting, by suitable optics, the incident light into a transverse wall of the waveguide and in

extraire de la même façon le faisceau de sortie.  extract the output beam in the same way.

Concernant la source de lumière, son choix dépendra de l'application envisagée. Ainsi, une source laser sera requise lorsqu'une longueur d'onde précise et un mode de propagation défini sont nécessaires, alors qu'une diode électroluminescente pourra être utilisée dans des  Regarding the light source, its choice will depend on the intended application. Thus, a laser source will be required when a precise wavelength and a defined propagation mode are necessary, while a light-emitting diode may be used in

capteurs utilisant des guides d'onde multi-modes.  sensors using multi-mode waveguides.

Enfin, les détecteurs devront être prévus pour détecter l'information de sortie, que celle-ci consiste en une intensité, une longueur d'onde, une frange d'interférence ou une position angulaire. Parmi les détecteurs utilisables, on peut mentionner les dispositifs à couplage de charge (CCD) et les réseaux  Finally, the detectors must be provided to detect the output information, whether this consists of an intensity, a wavelength, an interference fringe or an angular position. Among the detectors that can be used, one can mention charge coupled devices (CCD) and networks

de photodiodes.of photodiodes.

Claims (9)

R E V E N D I C A T IONSR E V E N D I C A T IONS 1. Capteur optique intégré pour détecter au moins un composant d'un fluide à analyser comprenant: - au moins un canal ou conduit (48) pour le passage du fluide à analyser, - un guide d'onde optique (52) disposé sur toute ou partie de la longueur du conduit, - une couche biochimique (72) sensible à au moins ledit composant à détecter disposée sur la paroi du guide d'onde optique en contact avec le fluide à analyser, - des moyens d'entrée et de sortie (80, 82, 84, 86) du fluide à analyser dans le canal, - des moyens de transport (74, 76) du fluide à l'intérieur du conduit, - un émetteur (26) d'un faisceau (24) de lumière, - des moyens de couplage optique (68, 78) à l'entrée et à la sortie du guide d'onde optique pour l'entrée du faisceau de lumière et pour l'en sortir, et - un détecteur (30) du faisceau de lumière sortant du guide d'onde optique (52), caractérisé - en ce que le conduit (48), le guide d'onde optique (52) et les moyens de couplage optique sont réalisés dans au moins une rainure réalisée dans un substrat (60), et - en ce qu'un couvercle (56) recouvre la face supérieure pleine du substrat (60) de manière à fermer  1. Integrated optical sensor for detecting at least one component of a fluid to be analyzed comprising: - at least one channel or conduit (48) for the passage of the fluid to be analyzed, - an optical waveguide (52) disposed on all or part of the length of the conduit, - a biochemical layer (72) sensitive to at least said component to be detected disposed on the wall of the optical waveguide in contact with the fluid to be analyzed, - input and output means (80, 82, 84, 86) of the fluid to be analyzed in the channel, - means of transport (74, 76) of the fluid inside the duct, - an emitter (26) of a beam (24) of light, - optical coupling means (68, 78) at the entry and exit of the optical waveguide for the entry and exit of the light beam, and - a detector (30) of the beam of light leaving the optical waveguide (52), characterized - in that the conduit (48), the optical waveguide (52) and the optical coupling means are re formed in at least one groove made in a substrate (60), and - in that a cover (56) covers the solid upper face of the substrate (60) so as to close la rainure et à réaliser ainsi le conduit (48).  the groove and thereby making the conduit (48). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transport du fluide à analyser comprennent des électrodes (74, 76) réalisés sur le couvercle (56) ou sur le substrat, lesdites électrodes recevant des tensions propres à engendrer un champ  2. Sensor according to claim 1, characterized in that the means for transporting the fluid to be analyzed comprise electrodes (74, 76) produced on the cover (56) or on the substrate, said electrodes receiving voltages capable of generating a field électrique entraînant le déplacement dudit fluide.  electric causing the displacement of said fluid. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'entrée et de sortie du fluide à analyser comprennent des conduits (80, 82)  3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the means for entering and leaving the fluid to be analyzed comprise conduits (80, 82) réalisés dans le substrat (60).made in the substrate (60). 4. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'entrée et de sortie du fluide à analyser comprennent des conduits (84, 86,  4. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the means for entering and leaving the fluid to be analyzed comprise conduits (84, 86, 68, 70) réalisés dans le couvercle (56).  68, 70) made in the cover (56). 5. Capteur selon l'une quelconque des  5. Sensor according to any one of revendications précédentes 1 à 4, caractérisé:  previous claims 1 to 4, characterized: - en ce que le substrat (60) comprend une pluralité de conduits (90, 120, 122, 124) disposés en parallèle par rapport aux moyens d'entrée et de sortie du fluide à analyser, - en ce que chaque conduit est adapté, par l'intermédiaire de la couche biochimique sensible à détecter un des composants du fluide à analyser, et - en ce que les moyens de couplage optique à  - in that the substrate (60) comprises a plurality of conduits (90, 120, 122, 124) arranged in parallel with respect to the means of input and output of the fluid to be analyzed, - in that each conduit is adapted, by means of the biochemical layer sensitive to detect one of the components of the fluid to be analyzed, and - in that the optical coupling means to l'entrée comprennent un seul réseau de couplage (108).  the input comprises a single coupling network (108). 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de couplage optique à la sortie  6. Sensor according to claim 5, characterized in that the optical coupling means at the output comprennent un seul réseau de couplage (110).  comprise a single coupling network (110). 7. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de couplage optique à la sortie comprennent un réseau de couplage optique (126, 128, , 1401 à 1405) par composant à détecter dans le  7. Sensor according to claim 5, characterized in that the optical coupling means at the output comprise an optical coupling network (126, 128,, 1401 to 1405) per component to be detected in the fluide à analyser.fluid to analyze. 8. Capteur selon l'une quelconque des  8. Sensor according to any one of revendications précédentes 5 à 7, caractérisé:  previous claims 5 to 7, characterized: - en ce que les moyens d'entrée du fluide à analyser sont disposés en aval du réseau de couplage optique d'entrée, et - en ce que les moyens de sortie du fluide à analyser sont disposés en amont du réseau de couplage  - in that the input means of the fluid to be analyzed are arranged downstream of the optical input coupling network, and - in that the output means of the fluid to be analyzed are arranged upstream of the coupling network optique de sortie.output optics. 9. Capteur selon l'une quelconque des  9. Sensor according to any one of revendications précédentes 5 à 7, caractérisé:  previous claims 5 to 7, characterized: - en ce que les moyens d'entrée du fluide à analyser sont disposés en avant du réseau de couplage optique, - en ce que les moyens de sortie du fluide à analyser sont disposés en aval du réseau de couplage optique, et - en ce que les réseaux de couplage optique d'entrée et de sortie sont chacun dans un conduit dans lequel circule un fluide neutre vis-à-vis de la  - in that the inlet means of the fluid to be analyzed are arranged in front of the optical coupling network, - in that the outlet means of the fluid to be analyzed are arranged downstream of the optical coupling network, and - in that the input and output optical coupling networks are each in a conduit in which a neutral fluid flows with respect to the propagation des ondes dans le guide d'onde optique.  wave propagation in the optical waveguide.
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