Dispositif fluidique permettant de manière thermo-pneumatique l'isolement et éventuellement l'agitation du contenu d'une cavité opératoire Fluidic device for thermo-pneumatically isolating and possibly agitating the contents of an operating cavity
La présente invention concerne un dispositif fluidique comprenant ou associé à une cavité opératoire du type réacteur, permettant, sans aucune pièce mécanique ou mobile, d'une part l'isolement du contenu de ladite cavité, et d'autre part l'isolement avec agitation du contenu de cette cavité.The present invention relates to a fluidic device comprising or associated with an operating cavity of the reactor type, allowing, without any mechanical or moving part, on the one hand to isolate the contents of said cavity, and on the other hand to isolate with agitation. of the contents of this cavity.
Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif fluidique du type micro-fluidique, utilisable à titre d'exemple dans des systèmes ou dispositif du type "laboratoire sur puce" (en anglais "lab-on-a-chip"). Aujourd'hui, aux fins de différentes applications médicales, pharmaceutiques, biologiques et chimiques, la micro-fluidique est un domaine technique en développement. En simplifiant, il s'agit de traiter des liquides, gaz, et solides le cas échéant, dans des dispositifs ou structures dont l'unité de volume est comprise entre 1 nano litre et 1 microlitre. A cette échelle, il est en conséquence requis ou préféré d'exclure toute pièce du type mécanique, en particulier avec pièce mobile, et à titre d'exemple la thermo-pneumatique est retenue comme principe d'actionnement ou moteur, en particulier pour la circulation de liquide dans de tels systèmes.More particularly, the invention relates to a fluidic device of the microfluidic type, usable by way of example in systems or device of the "laboratory on chip" type (in English "lab-on-a-chip"). Today, for various medical, pharmaceutical, biological and chemical applications, microfluidics is a developing technical field. To simplify, it is a question of treating liquids, gases, and solids if necessary, in devices or structures whose volume unit is between 1 nano liter and 1 microliter. On this scale, it is therefore required or preferred to exclude any part of the mechanical type, in particular with a moving part, and by way of example the thermo-pneumatic is retained as the actuation or motor principle, in particular for the circulation of liquid in such systems.
Les principales fonctions requises à une échelle bien supérieure pour traiter des liquides et des gaz ont été conçues et développées pour être adaptées à l'échelle micro-fluidique.The main functions required on a much higher scale to treat liquids and gases have been designed and developed to be adapted to the micro-fluidic scale.
S'agissant tout d'abord des valves ou vannes, ou plus généralement des moyens permettant tout contrôle du débit d'un liquide, différentes solutions mettant en œuvre des microbulles de gaz ou vapeur ont été proposées. On se référera à titre d'exemple aux publications suivantes :As regards first of all valves or valves, or more generally means allowing any control of the flow rate of a liquid, various solutions using gas or vapor microbubbles have been proposed. By way of example, reference is made to the following publications:
A) Y.S-Leung Ki, M.Kharouf, HTG Van Lintel, M. Haller, Ph. Renaud, Bubble Engineering Valving applications, IEEE-EMBS, 200,390-393 B) Alexandros P.Papavasilliou, Doran Liepmann, Albert P. Pisano,A) Y.S-Leung Ki, M.Kharouf, HTG Van Lintel, M. Haller, Ph. Renaud, Bubble Engineering Valving applications, IEEE-EMBS, 200,390-393 B) Alexandros P. Papavasilliou, Doran Liepmann, Albert P. Pisano,
Electrolysis-Bubble Actuated Gâte Valve, Solid-State Sensor and Actuator Workshop, 2000, 48-51
S'agissant de la fonction pompage d'un liquide et plus généralement de l'augmentation de la pression d'un dit liquide, on citera à titre d'exemple les publications suivantes :Electrolysis-Bubble Actuated Gâte Valve, Solid-State Sensor and Actuator Workshop, 2000, 48-51 As regards the pumping function of a liquid and more generally the increase in the pressure of a said liquid, the following publications may be cited by way of example:
C) Jr-Hing Tsai et Liwei Lin, A thermal bubble actuated micro nozzle-diffuser pump, 14th IEEE Inter.Conf. On MEMS 2001 , 409-412C) Jr-Hing Tsai and Liwei Lin, A thermal bubble actuated micro nozzle-diffuser pump, 14th IEEE Inter.Conf. On MEMS 2001, 409-412
D) K. Handique, D.T. Burke, C.H. Mastrangelo, and MA Burns, On-Chip thermopneumatic pressure for discrète drop pumping, Analytical chemistry, Vol.73, n°8, 2001 , 1831-1838 ; cf. US-C-6 130 098 et US-A 2002/01 0492 S'agissant encore du mélange de deux composants, et par exemple de deux liquides, on se référera à l'ouvrage suivant :D) K. Handique, D.T. Burke, C.H. Mastrangelo, and MA Burns, On-Chip thermopneumatic pressure for discrète drop pumping, Analytical chemistry, Vol. 73, n ° 8, 2001, 1831-1838; cf. US-C-6 130 098 and US-A 2002/01 0492 As regards also the mixture of two components, and for example of two liquids, reference will be made to the following work:
E) Wolfgang Ehrfeld, Wolker Hessel, Holger Lowe, Microreactors, New Technology for Modem Chemistry, Wiley-VCH, 2000,41-83.E) Wolfgang Ehrfeld, Wolker Hessel, Holger Lowe, Microreactors, New Technology for Modem Chemistry, Wiley-VCH, 2000,41-83.
Conformément à US-C-6 193 471 , on a décrit un dispositif fluidique permettant de former et transporter des volumes prédéterminés d'un liquide. A cette fin, selon un mode d'exécution décrit par référence à la figure 7, on dispose d'une section fluidique comprenant, en série, une chambre de réserve, une première cavité de stockage, une portion de conduit capillaire, et une deuxième cavité de stockage. La chambre de réserve et les deux cavités de stockage sont en communication avec une source extérieure de pression. Pour former et transporter un volume prédéterminé de liquide :In accordance with US-C-6 193 471, a fluidic device has been described making it possible to form and transport predetermined volumes of a liquid. To this end, according to an embodiment described with reference to Figure 7, there is a fluid section comprising, in series, a reserve chamber, a first storage cavity, a portion of capillary conduit, and a second storage cavity. The reserve chamber and the two storage cavities are in communication with an external pressure source. To form and transport a predetermined volume of liquid:
- à partir de la chambre de réserve, on remplit en liquide la portion de conduit capillaire, au travers de la première cavité de stockage, et en s'arrêtant à la deuxième cavité de stockage ; la portion de conduit capillaire entre les deux cavités de stockage définit le volume prédéterminé de liquide,- From the reserve chamber, the portion of capillary conduit is filled with liquid, through the first storage cavity, and stopping at the second storage cavity; the portion of capillary conduit between the two storage cavities defines the predetermined volume of liquid,
- en augmentant la pression dans la première cavité de stockage, on retourne le liquide dans la chambre de réserve, en isolant le volume prédéterminé de liquide entre deux ménisques situés respectivement au niveau des deux cavités de stockage, - en augmentant la pression dans la première cavité de stockage, le volume prédéterminé et isolé de liquide se trouve transféré au-delà et au travers de la deuxième cavité de stockage.- by increasing the pressure in the first storage cavity, the liquid is returned to the reserve chamber, by isolating the predetermined volume of liquid between two menisci situated respectively at the level of the two storage cavities, - by increasing the pressure in the first storage cavity, the predetermined and isolated volume of liquid is transferred beyond and through the second storage cavity.
Conformément à US-C-6 193 471 , la formation et le transport d'un volume isolé de liquide sont obtenus par le contrôle différencié par l'extérieure d'une pression, respectivement dans la chambre de réserve et dans les cavités
de stockage, ces moyens de contrôle, particulièrement complexes, étant représentés par exemple par référence aux figures 13 et 14.In accordance with US-C-6 193 471, the formation and the transport of an isolated volume of liquid are obtained by the differentiated control from the outside of a pressure, respectively in the reserve chamber and in the cavities storage, these particularly complex control means being represented for example by reference to FIGS. 13 and 14.
Conformément à US-C-4 676 274, on décrit un dispositif micro- fluidique constitué par un arrangement de conduits capillaires, comportant différents clapets capillaires, sans pièce mobile, agencés chacun pour générer une surpression à l'interface entre un gaz de contrôle et un liquide d'intérêt, ou ménisque. Par le pilotage extérieur du gaz de contrôle, vers ou hors du dispositif fluidique, au niveau des différents clapets capillaires, on peut faire circuler, ou "pomper", le liquide d'intérêt selon tout processus préétabli. Conformément à US-C-6 117 396, on a décrit un dispositif micro- fluidique permettant de distribuer des volumes prédéterminés d'un liquide d'intérêt, à partir d'un seul et même conduit d'entrée, grâce à une source externe de gaz, injecté dans ledit dispositif pour déplacer lesdits volumes prédéterminés. Dans un dispositif micro-fluidique du type de ceux précédemment définis ou décrits, la présente invention concerne spécifiquement la fonction suivante, à savoir l'isolement dans une cavité opératoire d'un volume de liquide remplissant celle-ci, éventuellement avec agitation dudit volume dans ladite cavité. La présente invention a pour objet de réaliser cette fonction avec des moyens fluidiques particulièrement simples.In accordance with US-C-4 676 274, a microfluidic device is described, consisting of an arrangement of capillary conduits, comprising different capillary valves, without moving part, each arranged to generate an overpressure at the interface between a control gas and a liquid of interest, or meniscus. By external control of the control gas, to or from the fluidic device, at the level of the various capillary valves, it is possible to circulate, or "pump", the liquid of interest according to any predetermined process. In accordance with US-C-6 117 396, a microfluidic device has been described making it possible to dispense predetermined volumes of a liquid of interest, from a single inlet conduit, thanks to an external source gas, injected into said device to move said predetermined volumes. In a microfluidic device of the type of those previously defined or described, the present invention relates specifically to the following function, namely the isolation in an operating cavity of a volume of liquid filling it, possibly with agitation of said volume in said cavity. The object of the present invention is to achieve this function with particularly simple fluidic means.
A cette fin, un dispositif fluidique selon la présente invention, agencé à partir d'un ou plusieurs composants, par exemple à partir d'un support comprend : - une cavité opératoireTo this end, a fluidic device according to the present invention, arranged from one or more components, for example from a support comprises: - an operating cavity
- au moins deux conduits, par exemple d'entrée et de sortie d'un liquide d'intérêt, communiquant avec la cavité opératoire, respectivement par l'intermédiaire de deux organes sans pièce mobile, du type vanne, permettant le contrôle de la cavité opératoire - deux chambres de piégeage d'un gaz, par exemple de l'air, communiquant uniquement et respectivement avec les deux conduits, par deux canaux de liaison distincts respectivement des deuxdits conduits- at least two conduits, for example inlet and outlet of a liquid of interest, communicating with the operating cavity, respectively by means of two bodies without moving part, of the valve type, allowing the control of the cavity operating - two trapping chambers for a gas, for example air, communicating only and respectively with the two conduits, by two separate connection channels respectively of the two said conduits
- des moyens d'échange thermique avec l'une et/ou l'autre chambre de piégeage, afin de contrôle la pression du gaz dans l'une et/ou l'autre dite chambre de piégeage.
Par conséquent, selon la présente invention, de part et d'autre de la cavité opératoire, un conduit d'entrée ou sortie et un canal de liaison avec une chambre de piégeage communiquent, directement ou indirectement, avec un même organe sans pièce mobile, du type vanne, disposé sur la cavité opératoire. Autrement dit, undit canal de liaison se trouve branché sur un conduit d'entrée ou sortie, par exemple par l'intermédiaire d'une chambre d'expansion, comme décrit ou défini ci-après.- Heat exchange means with one and / or the other trapping chamber, in order to control the gas pressure in one and / or the other said trapping chamber. Consequently, according to the present invention, on either side of the operating cavity, an inlet or outlet conduit and a connecting channel with a trapping chamber communicate, directly or indirectly, with the same member without moving part, of the valve type, placed on the operating cavity. In other words, a said connecting channel is connected to an inlet or outlet conduit, for example by means of an expansion chamber, as described or defined below.
A titre d'exemple, les conduits considérés par la présente invention sont capillaires, au sens où, vis-à-vis d'un liquide prédéterminé, ils sont susceptibles de contenir ce dernier selon une certaine hauteur à encontre de la gravité. A titre d'illustration, de tels conduits ont une section dont la dimension transversale (ou diamètre) n'excède pas 1 ,5 mm, par exemple de l'ordre de 500 μm.By way of example, the conduits considered by the present invention are capillary, in the sense that, with respect to a predetermined liquid, they are capable of containing the latter according to a certain height against gravity. By way of illustration, such conduits have a section whose transverse dimension (or diameter) does not exceed 1.5 mm, for example of the order of 500 μm.
Lorsque, selon la présente invention, on envisage une "cavité", ou "chambre", la forme et/ou les dimensions de celle-ci la différencient d'un conduit, au sens où en suivant une dimension, par exemple dans le sens de circulation du liquide, la ou les autre dimensions de la cavité ou chambre sont supérieures à celle, par exemple transversale, d'un conduit.When, according to the present invention, a "cavity" or "chamber" is envisaged, the shape and / or the dimensions of the latter differentiate it from a duct, in the sense that by following a dimension, for example in the direction liquid circulation, or the other dimensions of the cavity or chamber are greater than that, for example transverse, of a conduit.
Un dispositif selon la présente invention constitue, par l'intermédiaire des chambres de piégeage, un système thermo-pneumatique, au sens où seuls des actionnements thermiques permettent de contrôler la pression et/ou le volume du gaz dans les chambres de piégeage.A device according to the present invention constitutes, by means of the trapping chambers, a thermo-pneumatic system, in the sense that only thermal actuations make it possible to control the pressure and / or the volume of the gas in the trapping chambers.
Préférentiellement, le dispositif comprend, de part et d'autre de la cavité opératoire, deux moyens d'isolement disposés respectivement sur les deux conduits, par exemple d'entrée et de sortie, agencés chacun pour prendre deux positions, à savoir une position établissant une communication d'undit conduit avec l'extérieur, et une autre position isolant ledit conduit de l'extérieur. En isolant le dispositif vis-à-vis de l'extérieur, grâce aux deux moyens d'isolement en position fermée, ledit dispositif devient un système thermo- dynamique fermé, en particulier vis-à-vis du gaz qu'il contient, piégé dans les chambres de piégeage.Preferably, the device comprises, on either side of the operating cavity, two isolation means disposed respectively on the two conduits, for example inlet and outlet, each arranged to take two positions, namely a position establishing a communication of a said conduit with the outside, and another position isolating said conduit from the outside. By isolating the device from the outside, thanks to the two isolation means in the closed position, said device becomes a closed thermodynamic system, in particular with respect to the gas it contains, trapped in the trapping chambers.
Préférentiellement, un dispositif selon la présente invention comprend deux chambres d'expansion disposées chacune entre ladite cavité opératoire et chaque conduit , chaque chambre communiquant d'un côté avec ledit conduit par un premier clapet capillaire sans pièce mobile, s'opposant à tout passage liquide capillaire, s'opposant à tout passage liquide vers ladite
chambre, et de l'autre côté avec ladite cavité par un second clapet capillaire, s'opposant à tout passage liquide vers la dite chambre.Preferably, a device according to the present invention comprises two expansion chambers each disposed between said operating cavity and each conduit, each chamber communicating on one side with said conduit by a first capillary valve with no moving part, opposing any liquid passage capillary, opposing any liquid passage to said chamber, and on the other side with said cavity by a second capillary valve, opposing any liquid passage to said chamber.
A titre d'exemple, les deux canaux de liaison relient chacun une chambre de piégeage avec une chambre d'expansion. Et chaque chambre d'expansion constitue la jonction entre un conduit d'entrée ou sortie et un canal de liaison avec une chambre de piégeage, de chaque côté de la cavité opératoire.For example, the two connecting channels each connect a trapping chamber with an expansion chamber. And each expansion chamber constitutes the junction between an inlet or outlet conduit and a connecting channel with a trapping chamber, on each side of the operating cavity.
Les moyens de contrôle de la pression et/ou du volume du gaz dans l'une et/ou l'autre chambre de piégeage sont : - deux sources chaudes en relation d'échange thermique avec respectivement les deux chambres de piégeage, - ou une seule source chaude, en relation d'échange thermique avec les deux chambre de piégeage.The means for controlling the pressure and / or the volume of the gas in one and / or the other trapping chamber are: - two hot sources in heat exchange relationship with the two trapping chambers respectively, - or one only hot source, in heat exchange relationship with the two trapping chambers.
Par "source chaude", on entend toute source susceptible de délivrer et/ou recevoir de la chaleur.By "hot source" is meant any source capable of delivering and / or receiving heat.
Chacune de ces sources chaudes peut être une résistance intégrée sur le capot du dispositif fluidique, par exemple une résistance en platine réalisée par photolithographie, sur un capot en verre, alignée en vis-à-vis de l'une ou l'autre chambres de piégeage lors de l'assemblage du capot avec le support. Cette résistance peut être de l'ordre de 25 à 50 ohms.Each of these hot springs can be a resistance integrated on the cover of the fluidic device, for example a platinum resistance produced by photolithography, on a glass cover, aligned opposite one or the other of the trapping when assembling the cover with the support. This resistance can be of the order of 25 to 50 ohms.
Chacune de ces sources chaudes peut être un émetteur d'un rayonnement, par exemple infra-rouge, susceptible d'être absorbé par le gaz présent dans les chambres de piégeage.Each of these hot sources can be an emitter of radiation, for example infrared radiation, capable of being absorbed by the gas present in the trapping chambers.
Selon un autre mode de réalisation, il peut être avantageux de ne disposer que d'une source chaude, alternativement disposée en vis-à-vis de l'une puis de l'autre chambre de piégeage.According to another embodiment, it may be advantageous to have only a hot source, alternately arranged opposite one then the other trapping chamber.
La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin annexé, dans lequel : la figure 1 représente, de manière schématique, un dispositif fluidique conforme à la présente invention ; les figures 2 et 3 représentent, toujours de manière schématique, deux phases d'utilisation du dispositif selon la figure 1 , permettant d'isoler ou confiner un volume d'un liquide d'intérêt dans la cavité opératoire, appartenant audit dispositif ; - les figures 4 à 6 représentent de manière schématique respectivement trois modes d'exécution de tout clapet capillaire appartenant à
un dispositif selon l'invention, et à titre d'exemple disposé au niveau de la jonction entre un canal de liaison et une chambre d'expansion appartenant au dispositif selon la figure 1 ;The present invention is now described with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 schematically represents a fluidic device in accordance with the present invention; Figures 2 and 3 show, still schematically, two phases of use of the device according to Figure 1, to isolate or confine a volume of a liquid of interest in the operating cavity, belonging to said device; - Figures 4 to 6 show schematically respectively three embodiments of any capillary valve belonging to a device according to the invention, and by way of example disposed at the junction between a connecting channel and an expansion chamber belonging to the device according to FIG. 1;
- les figures 7 et 8 représentent respectivement deux phases d'utilisation du dispositif représenté à la figure 1 , pour agiter le contenu de la cavité opératoire appartenant audit dispositif.- Figures 7 and 8 respectively represent two phases of use of the device shown in Figure 1, to agitate the contents of the operating cavity belonging to said device.
- les figures 9 à 11 représentent un autre mode d'exécution dit "à seuil", d'une chambre d'expansion appartenant à un dispositif selon la figure 1 , les figures 9 à 11 représentant schématiquement et respectivement trois phases du pilotage thermique d'une telle chambre d'expansion ;- Figures 9 to 11 show another embodiment called "threshold", of an expansion chamber belonging to a device according to Figure 1, Figures 9 to 11 schematically and respectively representing three phases of thermal control d 'such an expansion chamber;
- la figure 12 représente un mode d'exécution de la cavité opératoire d'un dispositif fluidique conforme à la présente invention ;- Figure 12 shows an embodiment of the operating cavity of a fluidic device according to the present invention;
- la figure 14 représente un dispositif selon la présente invention, modifié pour mettre en œuvre le format d'immuno-essai schématisé à la figure 13.FIG. 14 represents a device according to the present invention, modified to implement the immunoassay format shown diagrammatically in FIG. 13.
Conformément à la figure 1 , un dispositif selon l'invention est réalisé au moyen de micro-technologies, permettant d'obtenir dans tout support plat, par exemple une structure creuse représentée schématiquement à grande échelle sur la figure 1. Au rang de ces micro-technologies, on peut citer la gravure chimique ou avec un plasma d'un support en silicium ou verre, l'usinage, le moulage à chaud ("hot-embossing"), et l'injection ou l'ablation par faisceau laser d'un support plan, par exemple en matière plastique, telle qu'un polycarbonate. En pratique, on part du support plan ; à partir de l'une de ces faces on obtient la structure creuse représentée schématiquement à la figure 1 , et on obture cette dernière, avec étanchéité, par l'intermédiaire d'au moins une plaque ou film de fermeture venant en regard de la face du support dans laquelle la structure creuse a été réalisée, et scellée ou collée contre ledit support, un capotage approprié revêtissant l'ensemble si nécessaire.In accordance with FIG. 1, a device according to the invention is produced by means of micro-technologies, making it possible to obtain, in any flat support, for example a hollow structure represented schematically on a large scale in FIG. 1. Among these micro -technologies, one can cite chemical etching or with a plasma of a silicon or glass support, machining, hot molding ("hot-embossing"), and injection or ablation by laser beam d 'a flat support, for example plastic, such as polycarbonate. In practice, we start from the flat support; from one of these faces, the hollow structure shown schematically in FIG. 1 is obtained, and the latter is sealed, with sealing, by means of at least one closure plate or film coming opposite the face of the support in which the hollow structure was made, and sealed or glued against said support, an appropriate covering covering the assembly if necessary.
De manière générale, par référence à la figure 1 , la structure creuse définit dans le support (12) un dispositif fluidique (1) comprenant :In general, with reference to FIG. 1, the hollow structure defines in the support (12) a fluidic device (1) comprising:
- une cavité opératoire (3) ou micro-réacteur,- an operating cavity (3) or micro-reactor,
- au moins deux conduits (41 , 42), par exemple d'entrée (41) et de sortie (42), d'un liquide d'intérêt (non représenté sur cette figure), communiquant indirectement avec la cavité opératoire (3), - deux chambres de piégeage (81) et (82) d'un gaz, par exemple de l'air, communiquant respectivement, uniquement et indirectement avec les
deux conduits (41 , 42), par les deux chambres d'expansion (61) et (62) définies ci-après et deux canaux de liaison (91, 92) respectivement, les deux chambres (81 et 82) étant en relation d'échange thermique chacune avec une source chaude (21 , 22), - deux chambres d'expansion (61) et (62), disposées chacune entre ladite cavité opératoire (3) et chaque conduit (41) ou (42), chaque chambre communiquant d'un côté avec undit conduit (41) ou (42) par un premier clapet capillaire (71) ou (72), c'est-à-dire un clapet sans pièce mobile, du type restriction capillaire, s'opposant à tout passage liquide vers ladite chambre d'expansion, et de l'autre côté avec la cavité opératoire (3), par un second clapet capillaire (51) ou (52), tel que défini précédemment, s'opposant à tout passage liquide vers la chambre d'expansion,- at least two conduits (41, 42), for example inlet (41) and outlet (42), of a liquid of interest (not shown in this figure), communicating indirectly with the operating cavity (3) , - two trapping chambers (81) and (82) of a gas, for example air, communicating respectively, only and indirectly with the two conduits (41, 42), by the two expansion chambers (61) and (62) defined below and two connecting channels (91, 92) respectively, the two chambers (81 and 82) being in relation to 'heat exchange each with a hot source (21, 22), - two expansion chambers (61) and (62), each disposed between said operating cavity (3) and each conduit (41) or (42), each chamber communicating on one side with a said duct (41) or (42) by a first capillary valve (71) or (72), that is to say a valve without moving part, of the capillary restriction type, opposing any liquid passage to said expansion chamber, and on the other side with the operating cavity (3), by a second capillary valve (51) or (52), as defined above, opposing any liquid passage to the expansion chamber,
- les deux canaux de liaison (91 ,92) reliant chacun une chambre de piégeage (81) ou (82) avec une chambre d'expansion (61) ou (62), - deux clapets capillaires (101) et (102) tels que définis précédemment, par lesquels les canaux de liaison (91 , 92) communiquent respectivement avec les chambres d'expansion correspondantes (61) et (62), ces deux clapets capillaires s'opposant à tout passage liquide vers les chambres de piégeage (81) et (82) respectivement, - deux moyens d'isolement (201 et 202), disposés respectivement sur les deux conduits (41 et 42), de part et d'autre de la cavité opératoire (3), agencés chacun pour prendre deux positions, à savoir une position ouverte établissant une communication d'undit conduit avec l'extérieur, et une position fermée isolant ledit conduit de l'extérieur. Par "clapet capillaire", et par référence à titre d'exemple au clapet représenté de manière agrandie sous la référence (71) à la figure 3, on entend un clapet sans pièce mobile, constitué par une restriction de type capillaire, s'opposant à tout passage liquide dans un sens donné, par exemple vers la chambre d'expansion (61) concernant le clapet (71), à la figure 3. En pratique un tel clapet capillaire est agencé pour générer une interface entre un gaz, par exemple de l'air résiduel, et un liquide, par exemple le liquide d'intérêt, interface appelée en pratique ménisque, ce dernier générant une surpression s'opposant en général à tout passage liquide au-delà du clapet, bien entendu en deçà d'une pression donnée, ou seuil de pression. En pratique, l'obtention et la reproductibilité d'un tel ménisque dépendent de nombreux facteurs, au rang desquels on peut citer :
- la géométrie des bords ou parois au niveau desquels le ménisque est obtenu,- the two connecting channels (91, 92) each connecting a trapping chamber (81) or (82) with an expansion chamber (61) or (62), - two capillary valves (101) and (102) such as defined above, by which the connecting channels (91, 92) communicate respectively with the corresponding expansion chambers (61) and (62), these two capillary valves opposing any liquid passage towards the trapping chambers (81 ) and (82) respectively, - two isolation means (201 and 202), disposed respectively on the two conduits (41 and 42), on either side of the operating cavity (3), each arranged to take two positions, namely an open position establishing communication of a said conduit with the outside, and a closed position isolating said conduit from the outside. By “capillary valve”, and by reference by way of example to the valve represented in an enlarged manner under the reference (71) in FIG. 3, is meant a valve without moving part, constituted by a capillary type restriction, opposing at any liquid passage in a given direction, for example towards the expansion chamber (61) relating to the valve (71), in FIG. 3. In practice such a capillary valve is arranged to generate an interface between a gas, for example residual air, and a liquid, for example the liquid of interest, interface called in meniscus practice, the latter generating an overpressure generally opposing any liquid passage beyond the valve, of course below a given pressure, or pressure threshold. In practice, the obtaining and the reproducibility of such a meniscus depend on many factors, among which may be mentioned: - the geometry of the edges or walls at which the meniscus is obtained,
- la mouillabilité du liquide, et/ou sa tension superficielle par rapport au matériau constituant lesdits bords ou parois, tout traitement approprié de ces derniers, par exemple de type hydrophobe ou hydrophile, étant en particulier à même de modifier les propriétés précitées vis-à-vis du liquide.the wettability of the liquid, and / or its surface tension with respect to the material constituting said edges or walls, any appropriate treatment of the latter, for example of the hydrophobic or hydrophilic type, being in particular capable of modifying the above-mentioned properties. -vis liquid.
Comme montré à titre d'exemple à la figure 1 , mais aussi dans l'agrandissement de la figure 3, c'est la géométrie relative des bords ou parois qui est retenue pour générer tout clapet capillaire tel que défini précédemment fonctionnellement.As shown by way of example in FIG. 1, but also in the enlargement of FIG. 3, it is the relative geometry of the edges or walls which is used to generate any capillary valve as defined previously functionally.
En pratique, compte tenu des micros-technologies mise en œuvre, la cavité opératoire (3) constitue par exemple un micro-réacteur, ayant un volume de l'ordre de 0,1 μl, les chambres d'expansion (61) et (62) ayant un volume de l'ordre de 0,03 μl, ainsi que les chambres de piégeage (81) et (82) ayant un volume de l'ordre de 0,03 μl à 0,15 μl.In practice, taking into account the microtechnologies used, the operating cavity (3) constitutes for example a micro-reactor, having a volume of the order of 0.1 μl, the expansion chambers (61) and ( 62) having a volume of the order of 0.03 μl, as well as the trapping chambers (81) and (82) having a volume of the order of 0.03 μl to 0.15 μl.
En pratique, un dispositif fluidique 1 tel que décrit précédemment est par ailleurs adapté (mais de manière non représentée) pour travailler dans un environnement technique lui apportant :In practice, a fluidic device 1 as described above is also suitable (but not shown) for working in a technical environment providing it:
- de la chaleur et/ou du froid, pour chauffer et/ou refroidir, d'une part l'ensemble du dispositif 1 , et éventuellement séparément les chambres de piégeage (81 ) et (82) par des sources de chaleur et/ou de froid (21) et (22) en relation d'échange thermique uniquement et respectivement avec lesdites chambres (81) et (82)- Heat and / or cold, to heat and / or cool, on the one hand the entire device 1, and optionally separately the trapping chambers (81) and (82) by heat sources and / or cold (21) and (22) in heat exchange relationship only and respectively with said chambers (81) and (82)
- une pression ou charge, à la sortie du dispositif, par exemple dans le conduit de sortie (42)- a pressure or load, at the outlet of the device, for example in the outlet duct (42)
- une source de pression ou charge, à l'entrée du dispositif, par exemple dans le conduit (41), en général supérieure à la pression de sortie, par exemple dans le conduit (42), et ce par tous moyens appropriés, telle qu'une hauteur de liquide plus haute que la hauteur de liquide à la sortie dudit dispositif, par exemple dans le cas d'un remplissage sous pression, ou par une seringue, elle-même montée sur un pousse-seringue.a source of pressure or load, at the inlet of the device, for example in the duct (41), generally greater than the outlet pressure, for example in the duct (42), and this by any appropriate means, such as that a height of liquid higher than the height of liquid at the outlet of said device, for example in the case of filling under pressure, or by a syringe, itself mounted on a syringe pump.
Pendant la phase active de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention, c'est-à-dire l'isolement de la cavité opératoire remplie avec le liquide d'intérêt, avec ou sans agitation, ledit dispositif est isolé de l'extérieur par les moyens 201 et 202, en position fermée, et constitue un système fermé en échange thermique avec les sources 21 et/ou 22.
Par construction, en fonction du support (12), de la géométrie et de la taille du dispositif fluidique (1), l'homme du métier retiendra et ajustera de nombreux paramètres, pour obtenir un fonctionnement stable et reproductible dudit dispositif. Au rang de ces paramètres, on peut citer : - la mouillabilité du ou des liquides mis en œuvre par rapport à la surface interne du dispositif, considérée en particulier par sa géométrie et ses caractéristiques superficielles,During the active operating phase of a device according to the invention, that is to say the isolation of the operating cavity filled with the liquid of interest, with or without agitation, said device is isolated from the outside by means 201 and 202, in the closed position, and constitutes a closed system in heat exchange with the sources 21 and / or 22. By construction, depending on the support (12), the geometry and the size of the fluidic device (1), the person skilled in the art will retain and adjust numerous parameters, in order to obtain stable and reproducible operation of said device. These parameters include: - the wettability of the liquid or liquids used relative to the internal surface of the device, considered in particular by its geometry and its surface characteristics,
- les pressions extérieures en amont et en aval du dispositif, c'est- à-dire au niveau des conduits d'entrée (41 ) et de sortie (42) respectivement, - les températures et les échanges de chaleur, ainsi que leur contrôle entre les différentes parties du dispositif.- the external pressures upstream and downstream of the device, that is to say at the level of the inlet (41) and outlet (42) conduits respectively, - the temperatures and the heat exchanges, as well as their control between the different parts of the device.
La forme de la cavité opératoire (3) peut être optimisée en fonction de l'application envisagée. La forme de capillaire, montrée à la figure 12, peut être intéressante pour certaines réactions chimiques ; cette forme apparaît être adaptée à une bonne agitation du liquide d'intérêt, pour obtenir une réaction plus homogène ou plus complète.The shape of the operating cavity (3) can be optimized depending on the intended application. The capillary shape, shown in Figure 12, may be of interest for certain chemical reactions; this form appears to be suitable for good stirring of the liquid of interest, in order to obtain a more homogeneous or more complete reaction.
Le dispositif précédemment décrit est maintenant utilisé pour isoler ou confiner le contenu d'une cavité opératoire (3), selon le fonctionnement décrit ci-après. Au départ, le dispositif (1) est vide, et les moyens d'isolementThe previously described device is now used to isolate or confine the contents of an operating cavity (3), according to the operation described below. At the start, the device (1) is empty, and the isolation means
(201 et 202) en position ouverte, comme montré à la figure 2. Il est donc par exemple rempli naturellement avec de l'air ambiant, sous la pression atmosphérique, ou sous une pression supérieure, selon les pressions d'entrée et de sortie du dispositif, comme indiqué précédemment. Préférentiellement, par circulation forcée, par exemple au moyen d'une pompe externe, du liquide d'intérêt, à partir du conduit d'entrée (41) vers l'autre conduit de sortie (42), on remplit la cavité opératoire (3) et les chambres d'expansion (61 ) et (62), en retenant un gaz résiduel et donc de l'air ambiant dans les deux chambres de piégeage (81 ) et (82). L'air ambiant se trouve donc piégé dans les chambres (81) et (82) à une température dite de remplissage, identique ou différente de la température ambiante, et à une pression sensiblement égale à la pression de sortie, c'est-à-dire celle disponible dans le conduit (42).(201 and 202) in the open position, as shown in FIG. 2. It is therefore, for example, naturally filled with ambient air, under atmospheric pressure, or under higher pressure, depending on the inlet and outlet pressures. of the device, as indicated previously. Preferably, by forced circulation, for example by means of an external pump, of the liquid of interest, from the inlet duct (41) to the other outlet duct (42), the operating cavity (3) is filled ) and the expansion chambers (61) and (62), retaining a residual gas and therefore ambient air in the two trapping chambers (81) and (82). The ambient air is therefore trapped in the chambers (81) and (82) at a so-called filling temperature, identical or different from the ambient temperature, and at a pressure substantially equal to the outlet pressure, i.e. - say that available in the conduit (42).
Compte tenu des clapets capillaires (101 ) et (102) précédemment décrits, résultant de la construction du dispositif selon figure 1, le liquide présent dans les chambres d'expansion (61 ) et (62) est empêché de pénétrer
dans les canaux de liaison (91) ou (92) vers les chambres de piégeage (81) et (82) respectivement.Given the capillary valves (101) and (102) described above, resulting from the construction of the device according to FIG. 1, the liquid present in the expansion chambers (61) and (62) is prevented from entering in the connecting channels (91) or (92) to the trapping chambers (81) and (82) respectively.
Les figures 4 à 6 décrivent différentes formes possibles de clapet capillaire. Les figures 4 et 5 illustrent un rétrécissement de la section du capillaire dans le cas d'un liquide mouillant. A l'inverse, dans le cas d'un liquide non mouillant, c'est un élargissement de la section du capillaire qui permet un blocage du ménisque au niveau du clapet (cf. figure 6).Figures 4 to 6 describe different possible forms of capillary valve. Figures 4 and 5 illustrate a narrowing of the capillary section in the case of a wetting liquid. Conversely, in the case of a non-wetting liquid, it is a widening of the section of the capillary which allows blocking of the meniscus at the level of the valve (cf. FIG. 6).
La surpression ainsi obtenue au niveau d'un clapet capillaire tel que précédemment décrit permet d'avoir une exigence moins grande sur la valeur de la pression à appliquer au gaz résiduel.The overpressure thus obtained at the level of a capillary valve as previously described makes it possible to have a lower requirement on the value of the pressure to be applied to the residual gas.
Le clapet capillaire (101) ou (102) peut être agencé selon l'un des modes d'exécution représenté schématiquement par les figures 4 et 5 respectivement. Selon la figure 4, une chicane (95) est disposée de manière oblique à la base du canal de liaison (91) et (92), dirigée vers la chambre de piégeage correspondante (81) ou (82). Selon la figure 5 une restriction est ménagée à la base du canal de liaison (91) ou (92).The capillary valve (101) or (102) can be arranged according to one of the embodiments shown schematically in Figures 4 and 5 respectively. According to Figure 4, a baffle (95) is arranged obliquely at the base of the connecting channel (91) and (92), directed towards the corresponding trapping chamber (81) or (82). According to Figure 5 a restriction is provided at the base of the connecting channel (91) or (92).
Après circulation du liquide d'intérêt, on obtient donc l'état du dispositif représenté à la figure 2, dans lequel les conduits (41) et (42), les chambres d'expansion (61 , 62) et la cavité opératoire (3) se trouvent remplies. On isole alors le dispositif, en plaçant en position fermée les moyens d'isolement (201 et 202),comme représenté à la figure 3.After circulation of the liquid of interest, the state of the device shown in FIG. 2 is therefore obtained, in which the conduits (41) and (42), the expansion chambers (61, 62) and the operating cavity (3 ) are met. The device is then isolated, by placing the isolation means (201 and 202) in the closed position, as shown in FIG. 3.
Puis on porte le gaz résiduel dans les deux chambres de piégeage (81) et (82) à une température dite d'isolement, supérieure à la température précédemment appelée de remplissage, pour amener la pression dans les chambres de piégeage (81) et (82) à une valeur suffisante pour évacuer en totalité le liquide d'intérêt des deux chambres d'expansion (61) et (62), par les deux conduits (41) et (42) respectivement. Dès lors, les chambres d'expansion (61) et (62) se trouvent remplies avec deux bulles de gaz résiduel, isolant la cavité opératoire (3), vis-à-vis de toute fuite du liquide d'intérêt, et/ou de toute diffusion des particules contenues dans ledit liquide d'intérêt, vers les conduits (41 ) et (42), ou depuis lesdits conduits (41) et (42) vers ladite cavité (3).Then the residual gas in the two trapping chambers (81) and (82) is brought to a so-called isolation temperature, higher than the previously called filling temperature, in order to bring the pressure in the trapping chambers (81) and ( 82) at a value sufficient to completely evacuate the liquid of interest from the two expansion chambers (61) and (62), by the two conduits (41) and (42) respectively. Consequently, the expansion chambers (61) and (62) are filled with two bubbles of residual gas, isolating the operating cavity (3), from any leakage of the liquid of interest, and / or of any diffusion of the particles contained in said liquid of interest, towards the conduits (41) and (42), or from said conduits (41) and (42) towards said cavity (3).
Dans toute la description, par "particule", on entend tout élément discret, par exemple un élément porteur d'une information biologique, comme une particule chargée électriquement, magnétique, ou amagnétique, supportant une molécule biologique.
On aboutit ainsi à l'état du dispositif représenté à la figure 3, dans lequel la cavité opératoire (3) et les conduits (41) et (42) se trouvent remplis. Dans cet état, le liquide est empêché de pénétrer à partir des conduits (41 ) et (42), grâce au clapets capillaires (71) et (72) précédemment décrits, existant naturellement par construction du dispositif, ou spécifiquement agencés à cet effet. De la même manière, à partir de la cavité opératoire (3), le liquide est empêché de pénétrer dans les chambres d'expansion (61) et (62), respectivement grâce aux clapets capillaires (51 ) et (52).Throughout the description, "particle" means any discrete element, for example an element carrying biological information, such as an electrically charged, magnetic, or non-magnetic particle, supporting a biological molecule. This results in the state of the device shown in FIG. 3, in which the operating cavity (3) and the conduits (41) and (42) are filled. In this state, the liquid is prevented from entering from the conduits (41) and (42), by virtue of the capillary valves (71) and (72) previously described, naturally existing by construction of the device, or specifically arranged for this purpose. In the same way, from the operating cavity (3), the liquid is prevented from entering the expansion chambers (61) and (62), respectively thanks to the capillary valves (51) and (52).
Cette étape d'isolement peut être effectuée selon des modalités différentes :This isolation step can be carried out in different ways:
- soit on chauffe l'ensemble du dispositif à la température dite d'isolement, et en pareil cas les deux bulles du gaz résiduel se forment simultanément dans les chambres (61) et (62),either the entire device is heated to the so-called isolation temperature, and in such a case the two bubbles of the residual gas are formed simultaneously in the chambers (61) and (62),
- soit on chauffe l'une après l'autre, les chambres de piégeage (81) et (82) respectivement avec les sources chaudes (21) et (22), et les deux bulles du gaz résiduel sont obtenues l'une après l'autre, dans les chambres d'expansion (61) et (62),- Either one after the other is heated, the trapping chambers (81) and (82) respectively with the hot springs (21) and (22), and the two bubbles of the residual gas are obtained one after the other. other, in the expansion chambers (61) and (62),
- soit on chauffe l'ensemble du dispositif, en particulier pour la mise en œuvre d'une réaction chimique au sein d'un mélange réactionnel dans la cavité opératoire (3), et on chauffe en plus, l'une après l'autre les chambres de piégeage (81) et (82).- Either the entire device is heated, in particular for the implementation of a chemical reaction within a reaction mixture in the operating cavity (3), and additionally heated, one after the other the trapping chambers (81) and (82).
S'agissant des chambres de piégeage (81) et (82), elles sont dimensionnées en sorte de contenir initialement un volume du gaz résiduel, qui, chauffé à la température dite d'isolement, occupe complètement ou partiellement les chambres d'expansion (61) et (62) respectivement. Par ailleurs, ces mêmes chambres (81) et (82) ont un rôle de compensation, lorsque du liquide remonte naturellement vers elles, au moment du refroidissement du dispositif, jusqu'à une température éventuellement plus faible que la température de remplissage. Dès que la température ré- augmente, le liquide retourne, sans capture à l'intérieur des chambres (81) et (82), vers les chambres d'expansion (61) et (62) respectivement.Regarding the trapping chambers (81) and (82), they are dimensioned so as to initially contain a volume of the residual gas, which, heated to the so-called isolation temperature, completely or partially occupies the expansion chambers ( 61) and (62) respectively. Furthermore, these same chambers (81) and (82) have a compensating role, when the liquid rises naturally towards them, when the device cools, to a temperature possibly lower than the filling temperature. As soon as the temperature increases, the liquid returns, without capture inside the chambers (81) and (82), to the expansion chambers (61) and (62) respectively.
Il est bien entendu que l'utilisation du dispositif fluidique (1 ), aux fins d'isoler ou confiner une cavité opératoire (3), décrite précédemment, peut être faite sans chambres d'expansion (61) et (62). Selon la description précédente, de manière particulièrement simple, et en particulier par un actionnement purement thermo-pneumatique,
en particulier thermo-dynamique du dispositif, on peut donc isoler un mélange réactionnel contre la diffusion vers l'extérieur de toutes particules ou espèces qu'il contient. Grâce à ce confinement, la concentration du mélange réactionnel n'est pas modifiée, ce qui peut être indispensable au rendement et à l'intégrité de la réaction mise en œuvre.It is understood that the use of the fluidic device (1), for the purpose of isolating or confining an operating cavity (3), described above, can be made without expansion chambers (61) and (62). According to the preceding description, in a particularly simple manner, and in particular by a purely thermo-pneumatic actuation, in particular thermodynamic of the device, it is therefore possible to isolate a reaction mixture against the diffusion towards the outside of any particles or species which it contains. Thanks to this confinement, the concentration of the reaction mixture is not modified, which may be essential for the yield and the integrity of the reaction carried out.
On décrit maintenant l'utilisation du même dispositif fluidique (1 ) pour agiter le contenu de la cavité opératoire (3). Pour une telle utilisation :We will now describe the use of the same fluidic device (1) to agitate the contents of the operating cavity (3). For such use:
- les deux chambres d'expansion (61 ) et (62) sont sensiblement identiques, en particulier en volume, - les deux chambres de piégeage (81 ) et (82) sont sensiblement identiques, en particulier en volume,the two expansion chambers (61) and (62) are substantially identical, in particular in volume, - the two trapping chambers (81) and (82) are substantially identical, in particular in volume,
- et les deux chambres de piégeage (81 ) et (82) sont chauffées de manière localisée et indépendante grâce aux sources chaudes (21 , 22) respectivement. Comme déjà décrit par référence à la figure 2, préalablement, par circulation du liquide d'intérêt à partir du conduit d'entrée (41 ) vers l'autre conduit de sortie (42), on remplit la cavité opératoire (3) et les deux chambres d'expansion (61 ) et (62), en retenant le gaz résiduel dans les deux chambres de piégeage (81) et (82), à une température prédéterminée, appelée précédemment de remplissage. Le dispositif se trouve donc dans l'état représenté schématiquement à la figure 2.- And the two trapping chambers (81) and (82) are heated locally and independently thanks to the hot springs (21, 22) respectively. As already described with reference to FIG. 2, previously, by circulation of the liquid of interest from the inlet duct (41) to the other outlet duct (42), the operating cavity (3) is filled and the two expansion chambers (61) and (62), retaining the residual gas in the two trapping chambers (81) and (82), at a predetermined temperature, previously called filling. The device is therefore in the state shown schematically in FIG. 2.
On isole le dispositif (1) avec les moyens (201 et 202) en position fermée.The device (1) is isolated with the means (201 and 202) in the closed position.
A partir de la température de remplissage, on augmente la température du gaz résiduel dans l'une (81 ) et dans l'autre (82) des chambres de piégeage, à une température de référence ; cette augmentation de la température dans les chambres (81 ) et (82) est de préférence simultanée. Mais la température de référence dans la chambre (82) de piégeage a une valeur haute, supérieure à la valeur dite basse, dans l'autre chambre (81) de piégeage. Du fait de cet écart des températures de référence, respectivement dans les chambres (81) et (82), la chambre d'expansion (62) se trouve remplie complètement par une bulle du gaz résiduel, tandis que la chambre d'expansion (61 ) se trouve remplie partiellement par le même gaz résiduel. Dès lors, d'une part une quotité (20) discrète du liquide d'intérêt demeure dans la chambre d'expansion (61 ), et d'autre part le gaz résiduel se trouve comprimé
du côté des chambres d'expansion (61) et de piégeage (81). On aboutit ainsi à l'état du dispositif représenté à la figure 7.From the filling temperature, the temperature of the residual gas in one (81) and in the other (82) of the trapping chambers is increased to a reference temperature; this increase in temperature in the chambers (81) and (82) is preferably simultaneous. However, the reference temperature in the trapping chamber (82) has a high value, greater than the so-called low value, in the other trapping chamber (81). Due to this difference in reference temperatures, respectively in the chambers (81) and (82), the expansion chamber (62) is completely filled with a bubble of the residual gas, while the expansion chamber (61 ) is partially filled with the same residual gas. Consequently, on the one hand a discrete portion (20) of the liquid of interest remains in the expansion chamber (61), and on the other hand the residual gas is compressed on the side of the expansion (61) and trapping (81) chambers. This results in the state of the device shown in FIG. 7.
Entre les états du dispositif (1 ) représentés respectivement aux figures 2 et 7, le volume du liquide d'intérêt déplacé s'est écoulé vers les conduits d'entrée (41), et/ou de sortie (42). Si nécessaire, on peut chauffer le gaz résiduel présent dans la chambre de piégeage (81), puis le gaz résiduel présent dans la chambre de piégeage (82), ce qui facilite l'évacuation du liquide vers le conduit de sortie (42).Between the states of the device (1) shown in Figures 2 and 7 respectively, the volume of liquid of interest displaced has flowed to the inlet (41) and / or outlet (42) conduits. If necessary, the residual gas present in the trapping chamber (81) can be heated, then the residual gas present in the trapping chamber (82), which facilitates the evacuation of the liquid towards the outlet conduit (42).
Puis on augmente, d'un incrément Δ t la température du gaz résiduel dans l'autre chambre de piégeage (81), à partir de la température de référence précédemment atteinte, tandis que la température de référence dans la chambre de piégeage (82) n'est pas modifiée. Il est bien entendu possible d'inverser simplement les échanges thermiques des sources de chaleur (21 ,Then the temperature of the residual gas in the other trapping chamber (81) is increased by an increment Δ t, from the reference temperature previously reached, while the reference temperature in the trapping chamber (82) is not changed. It is of course possible to simply reverse the heat exchanges of the heat sources (21,
22) pour aboutir au même résultat. Dès lors, d'une part la quotité (20) du liquide d'intérêt se trouve déplacée, de la cavité opératoire (3) vers la chambre d'expansion (62) associée à la chambre de piégeage (81), en étant ainsi évacuée de la chambre d'expansion (61), et d'autre part le gaz résiduel se trouve comprimé dans la chambre d'expansion (62).22) to achieve the same result. Consequently, on the one hand, the portion (20) of the liquid of interest is displaced, from the operating cavity (3) towards the expansion chamber (62) associated with the trapping chamber (81), thus being discharged from the expansion chamber (61), and on the other hand the residual gas is compressed in the expansion chamber (62).
On aboutit ainsi à l'état du dispositif représenté à la figure 8. Ce refroidissement peut être avantageusement obtenu de façon naturelle, par simple convection et dissipation de la chaleur, puisque le dispositif fluidique selon l'invention présente des dimensions très faibles.This results in the state of the device shown in Figure 8. This cooling can be advantageously obtained naturally, by simple convection and heat dissipation, since the fluidic device according to the invention has very small dimensions.
Puis on ramène la température du gaz résiduel dans l'autre (81) des chambres de piégeage à la température dite de référence, à sa valeur basse, moyennant quoi on déplace la même quotité (20) vers la chambre d'expansion (61) associée à ladite chambre de piégeage (81), pour retrouver l'état schématisé à la figure 7.Then the temperature of the residual gas in the other (81) of the trapping chambers is brought back to the so-called reference temperature, at its low value, by means of which the same proportion (20) is displaced towards the expansion chamber (61) associated with said trapping chamber (81), to find the state shown diagrammatically in FIG. 7.
Les opérations précédemment décrites peuvent être générées un nombre entier de fois, pour générer des oscillations de la quotité discrète (20) de part et d'autre de la cavité opératoire (3). Ces oscillations peuvent être obtenues à des fréquences de 0,5 Hz à 25 Hz. Elles peuvent être provoquées sur une durée de l'ordre de l'heure, correspondant à la durée de la réaction chimique (ou autre) dans la cavité opératoire (3).The operations described above can be generated an integer number of times, to generate oscillations of the discrete portion (20) on either side of the operating cavity (3). These oscillations can be obtained at frequencies from 0.5 Hz to 25 Hz. They can be caused over a period of the order of an hour, corresponding to the duration of the chemical (or other) reaction in the operating cavity ( 3).
Par conséquent, le dispositif (1) fluidique selon Figure 1 peut être utilisé, pour isoler ou confiner et agiter tout ou partie d'un liquide d'intérêt au niveau de la cavité opératoire (3), selon les étapes opératoires suivantes :
a) préalablement, par circulation du liquide d'intérêt, à partir d'un conduit d'entrée (41) vers l'autre conduit de sortie (42), on remplit la cavité opératoire (3) et les chambres d'expansion (61 , 62), en retenant un gaz résiduel dans les deux chambres de piégeage (81 , 82), b) après circulation du liquide d'intérêt, on porte le gaz résiduel dans les deux chambres de piégeage, à une température dite d'isolement, pour amener la pression dans lesdites chambres de piégeage à une valeur dite pression d'équilibre, suffisante pour évacuer tout ou partie du liquide d'intérêt des deux chambres d'expansion (61 , 62) par au moins un des deux conduits (41 , 42), et remplir tout ou partie desdites chambres avec deux bulles du gaz résiduel, isolant la cavité opératoire vis-à-vis de toute fuite du liquide d'intérêt et/ou de toute diffusion des particules contenues dans ledit liquide d'intérêt vers les dits conduits (41 , 42), c) on modifie la température du gaz résiduel présent dans au moins l'une des chambres de piégeage (81 , 82), afin de modifier sa pression et déplacer le liquide d'intérêt vers l'une des chambres d'expansion (61 , 62), sans rompre l'isolement de la cavité opératoire (3), d) on modifie à nouveau la température du gaz résiduel présent dans au moins l'une des chambres de piégeage (81 , 82) afin de modifier à nouveau sa pression et déplacer le liquide d'intérêt vers l'autre des chambres d'expansion (61 , 62), sans rompre l'isolement de la cavité opératoire (3). La pression obtenue à l'étape (d) est la pression d'équilibre. Préférentiellement, on réitère les étapes (c) et (d). Les opérations précédemment décrites peuvent être générées un nombre entier de fois, pour générer des oscillations de la quotité discrète (20) de part et d'autre de la cavité opératoire (3), à travers de cette dernière, le gaz résiduel étant comprimé dans chaque sens, ou dans la chambre d'expansion (62) ou dans la chambre d'expansion (61 ), et exerçant à chaque fois une action de rappel en sens inverse. Comme précédemment décrit par référence aux figures 1 à 3, on observe qu'on obtient non seulement une fonction d'agitation, mais également une fonction d'isolation, puisque le volume du liquide d'intérêt, présent dans la une cavité opératoire (3) se trouve isolé, avec la quotité (20) discrète du même liquide, représentant en général quelques % du volume de la cavité opératoire (3). En particulier, les clapets capillaires (71 , 72, 51 , 52, 101 et 102) jouent
exactement le même rôle dans la fonction d'agitation que dans la fonction d'isolation pure.Consequently, the fluidic device (1) according to FIG. 1 can be used, to isolate or confine and stir all or part of a liquid of interest at the level of the operating cavity (3), according to the following operating steps: a) beforehand, by circulation of the liquid of interest, from an inlet conduit (41) to the other outlet conduit (42), the operating cavity (3) and the expansion chambers ( 61, 62), retaining a residual gas in the two trapping chambers (81, 82), b) after circulation of the liquid of interest, the residual gas is brought in the two trapping chambers, to a temperature called isolation, to bring the pressure in said trapping chambers to a value called equilibrium pressure, sufficient to evacuate all or part of the liquid of interest from the two expansion chambers (61, 62) by at least one of the two conduits ( 41, 42), and fill all or part of said chambers with two bubbles of the residual gas, isolating the operating cavity from any leakage of the liquid of interest and / or from any diffusion of the particles contained in said liquid interest towards said conduits (41, 42), c) the temperature of the resi duel present in at least one of the trapping chambers (81, 82), in order to modify its pressure and move the liquid of interest towards one of the expansion chambers (61, 62), without breaking the isolation of the operating cavity (3), d) the temperature of the residual gas present in at least one of the trapping chambers (81, 82) is again modified in order to modify its pressure again and move the liquid of interest towards the other of the expansion chambers (61, 62), without breaking the isolation of the operating cavity (3). The pressure obtained in step (d) is the equilibrium pressure. Preferably, steps (c) and (d) are repeated. The operations described above can be generated an integer number of times, to generate oscillations of the discrete portion (20) on either side of the operating cavity (3), through the latter, the residual gas being compressed in each direction, or in the expansion chamber (62) or in the expansion chamber (61), and exerting each time a return action in the opposite direction. As previously described with reference to FIGS. 1 to 3, it is observed that not only a stirring function is obtained, but also an isolation function, since the volume of the liquid of interest, present in the operating cavity (3 ) is isolated, with the discrete portion (20) of the same liquid, generally representing a few% of the volume of the operating cavity (3). In particular, the capillary valves (71, 72, 51, 52, 101 and 102) play exactly the same role in the agitation function as in the pure isolation function.
Grâce aux mêmes clapets capillaires, le gaz résiduel se trouve comprimé, sans pouvoir s'écouler, ni vers le conduit d'entrée (41) ni vers le conduit de sortie (42). Ainsi le gaz résiduel peut jouer un rôle d'amortisseur dans la fonction d'agitation précédemment décrite.Thanks to the same capillary valves, the residual gas is compressed, without being able to flow, either towards the inlet duct (41) or towards the outlet duct (42). Thus the residual gas can play a damping role in the agitation function described above.
La quotité (20) du liquide d'intérêt est déterminée par l'association de la géométrie des chambres d'expansion (61) et (62), et le choix des températures dites d'agitation précédemment exposées. Comme montré par les figures 9 à 11 , les chambres d'expansionThe proportion (20) of the liquid of interest is determined by the association of the geometry of the expansion chambers (61) and (62), and the choice of the so-called stirring temperatures previously exposed. As shown in Figures 9-11, the expansion chambers
(61 ) ou (62) peuvent avoir une géométrie prédéterminée, pour obtenir une structure dite à "seuil".(61) or (62) can have a predetermined geometry, in order to obtain a so-called "threshold" structure.
Selon ces figures, chaque chambre d'expansion (61) ou (62) comporte, en direction de la cavité opératoire (3), deux rétrécissements successifs A et B, vers des diamètres ou sections respectivement inférieurs l'une à l'autre. En conséquence, à partir d'un remplissage complet de la chambre d'expansion (61) selon la figure 9, pour passer à une évacuation complète, il est requis d'augmenter la température de manière non linéaire, selon deux paliers ou seuils, compte tenu de l'augmentation de la force de capillarité d'un rétrécissement à l'autre, au niveau de l'interface ou ménisque entre le liquide d'intérêt et le gaz résiduel. Ceux-ci permettent une variation de volume discrète, ou par palier, et donc un pilotage thermique plus souple du dispositif fluidique selon l'invention, soit en isolation, soit en agitation ou les deux. Bien entendu, l'agitation précédemment décrite par référence aux figures 7 et 8 peut être obtenue avec des amplitudes et des fréquences préalablement choisies. Elle intervient localement dans le dispositif, et ne nécessite pas d'introduire des particules ou d'autres moyens, puisque seul le gaz résiduel, piégé passivement lors du remplissage avec le liquide d'intérêt est le seul moyen utilisé à cette fin, et ce en périphérie ou à l'extérieur du liquide d'intérêt isolé.According to these figures, each expansion chamber (61) or (62) comprises, in the direction of the operating cavity (3), two successive narrowing A and B, towards diameters or sections respectively smaller than one another. Consequently, from a complete filling of the expansion chamber (61) according to FIG. 9, in order to pass to a complete evacuation, it is necessary to increase the temperature in a non-linear manner, according to two stages or thresholds, taking into account the increase in the capillary force from one narrowing to the other, at the interface or meniscus between the liquid of interest and the residual gas. These allow a discrete volume variation, or in stages, and therefore a more flexible thermal control of the fluidic device according to the invention, either in isolation, or in agitation or both. Of course, the agitation previously described with reference to Figures 7 and 8 can be obtained with amplitudes and frequencies previously selected. It intervenes locally in the device, and does not require the introduction of particles or other means, since only the residual gas, trapped passively during filling with the liquid of interest is the only means used for this purpose, and this on the periphery or outside of the isolated liquid of interest.
Au total, grâce au dispositif fluidique selon l'invention, on peut, de manière particulièrement simple, et seulement avec un contrôle thermique ou autre, obtenir à la fois, soit un isolement dans la cavité opératoire (3) contre toute fuite dudit liquide et ou diffusion de particules vers l'extérieur, soit le même isolement mais avec agitation.
Un dispositif fluidique tel que précédemment décrit ou défini est particulièrement bien adapté pour la mise en œuvre d'un procédé, de type ELISA ou ELOSA, de détermination d'une espèce cible, ou analyte, décrit schématiquement ci-après par référence à la figure 13. Selon ce procédé, il s'agit de déterminer, à savoir de détecter qualitativement et/ou quantitativement, une espèce cible, ou analyte (C) comportant deux sites (C1 ,C2) de ligation respectivement avec un premier ligand (L1), et avec un deuxième ligand (L2) lié directement ou indirectement à un marqueur E. A cette fin, le procédé comprend les étapes suivantes : a) on dispose d'un support (M-i) fonctionnalisé avec le premier ligand (L-i) placé par exemple en milieu liquide, dans une enceinte d'incubation (non représentée), b) toujours en milieu liquide, dans l'enceinte d'incubation, on met en contact, successivement ou simultanément, le support fonctionnalisé (M-i, L1), l'espèce cible (C) ou analyte, et le deuxième ligand marqué (L2, E), pour obtenir un complexe 300 associant le support (M-i), le premier ligand (L-i), l'espèce cible (C) et le deuxième ligand marqué (L2, E), c) on dispose, par exemple en milieu liquide ou au contact d'un milieu liquide, d'un autre support (M2) fonctionnalisé 303 avec un troisième ligand (L3), susceptible de se lier à l'espèce cible (C), d) on associe de manière orientée le complexe 300, pour séparer un conjugué 301 associant l'espèce cible (C) et le deuxième ligand marqué (L2, E), du support 302 fonctionnalisé (M1 , L1), e) en milieu liquide, on met en contact l'autre support 303 fonctionnalisé (M2> L3) avec le conjugué 301 , pour obtenir un autre complexe 304 associant l'autre support (M2), le troisième ligand (L3), l'espèce cible (C) et le deuxième ligand marqué (L2, E). f) on détecte qualitativement et/ou quantitativement le marqueur E de l'autre complexe (304).In total, thanks to the fluidic device according to the invention, it is possible, in a particularly simple manner, and only with thermal or other control, to obtain both, either isolation in the operating cavity (3) against any leakage of said liquid and or diffusion of particles to the outside, the same isolation but with agitation. A fluidic device as previously described or defined is particularly well suited for the implementation of a method, of ELISA or ELOSA type, for determining a target species, or analyte, described schematically below with reference to the figure 13. According to this method, it is a question of determining, namely of qualitatively and / or quantitatively detecting, a target species, or analyte (C) comprising two ligation sites (C1, C2) respectively with a first ligand (L1) , and with a second ligand (L2) linked directly or indirectly to a marker E. To this end, the method comprises the following steps: a) there is a support (Mi) functionalized with the first ligand (Li) placed by example in liquid medium, in an incubation chamber (not shown), b) always in liquid medium, in the incubation chamber, the functionalized support (Mi, L1) is brought into contact, successively or simultaneously, l target species (C) or ana lyte, and the second labeled ligand (L 2 , E), to obtain a complex 300 associating the support (Mi), the first ligand (Li), the target species (C) and the second labeled ligand (L 2 , E ), c) there is, for example in a liquid medium or in contact with a liquid medium, another support (M 2 ) functionalized 303 with a third ligand (L 3 ), capable of binding to the target species (C), d) the complex 300 is associated in an oriented manner, to separate a conjugate 301 associating the target species (C) and the second labeled ligand (L2, E), from the functionalized support 302 (M1, L1), e ) in liquid medium, the other functionalized support 303 (M 2> L 3 ) is brought into contact with the conjugate 301, to obtain another complex 304 associating the other support (M 2 ), the third ligand (L 3 ) , the target species (C) and the second labeled ligand (L 2 , E). f) the marker E of the other complex (304) is detected qualitatively and / or quantitatively.
Ce procédé, défini de manière générale, du type immuno-essai, peut faire l'objet de différentes adaptations ou compléments, en particulier en fonction de l'analyte (C), ou du dispositif permettant sa mise en œuvre. Ainsi : - le troisième ligand (L3) peut être identique à ou différent du premier ligand (Li),
- l'étape e) peut être effectuée dans une enceinte identique ou différente de l'enceinte d'incubation, permettant d'obtenir le complexe intial 300,This generally defined process of the immunoassay type can be subject to various adaptations or supplements, in particular depending on the analyte (C), or the device allowing its implementation. Thus: - the third ligand (L 3 ) can be identical to or different from the first ligand (Li), step e) can be carried out in an identical or different enclosure from the incubation enclosure, making it possible to obtain the intial complex 300,
- le support (M1) et/ou l'autre support (M2) peuvent être sous forme divisée, par exemple de particules, lesquelles peuvent comporter ou contenir, le cas échéant, un matériau magnétique,the support (M1) and / or the other support (M2) may be in divided form, for example of particles, which may contain or contain, if necessary, a magnetic material,
- les mises en contact selon les étapes (b) et (e) , en milieu liquide, ont lieu dans deux enceintes d'incubation distinctes,- the contacts according to steps (b) and (e), in a liquid medium, take place in two separate incubation chambers,
- préalablement à l'étape (d) de dissociation, on sépare du milieu liquide obtenu, postérieurement à la mise en contact, une fraction enrichie en complexe 300,- before step (d) of dissociation, a fraction enriched in complex 300 is separated from the liquid medium obtained, after contacting,
- après ou au cours de l'étape (b), différents lavages peuvent être effectués, d'une part pour éliminer le deuxième ligand marqué (L2, E) en excès, et d'autre part pour enlever ce même réactif, faiblement adsorbé, du support fonctionnalisé (M-i, Li),- after or during step (b), various washes can be carried out, on the one hand to remove the second labeled ligand (L2, E) in excess, and on the other hand to remove this same reagent, weakly adsorbed , functionalized support (Mi, Li),
- en travaillant en milieu liquide, et en particulier avec des supports (M-i) et/ou (M2) sous forme de particules magnétiques, on peut séparer le conjugué 301 du surnageant du milieu liquide.- By working in a liquid medium, and in particular with supports (Mi) and / or (M 2) in the form of magnetic particles, it is possible to separate the conjugate 301 from the supernatant from the liquid medium.
De manière bien connue de l'homme du métier dans le domaine des immuno essais :As is well known to those skilled in the art in the field of immunoassays:
- par "l'espèce cible" ou "analyte", on entend toute entité, en particulier biologique, que l'on veut déterminer, c'est-à-dire détecter qualitativement et/ou quantititativement ; à titre d'exemple, il s'agit d'un anticorps ou d'un antigène, ou encore d'un polynucléotide ; - par "ligand", on entend toute entité susceptible de se lier, par exemple de manière spécifique, par des liaisons faibles, par exemple de type hydrogène, avec un site, dit de ligation, appartenant à l'espèce cible ; il s'agit par exemple d'un anticorps ou d'un antigène, ou encore d'un polynucléotide, pour partie complémentaire à un polynucléotide cible ; - par "support", on entend tout substrat, sous forme divisée ou non, ayant en général une nature inerte pa rapport à l'analyte et/ou un ligand, permettant par fonctionnalisation d'attacher une entité rédactionnelle, par exemple un ligand ;- By "target species" or "analyte" means any entity, in particular biological, that we want to determine, that is to say detect qualitatively and / or quantitatively; by way of example, it is an antibody or an antigen, or also a polynucleotide; - "ligand" means any entity capable of binding, for example specifically, by weak bonds, for example of hydrogen type, with a site, called ligation, belonging to the target species; it is for example an antibody or an antigen, or also a polynucleotide, partly complementary to a target polynucleotide; - By "support" is meant any substrate, in divided or undivided form, generally having an inert nature with respect to the analyte and / or a ligand, making it possible by functionalization to attach an editorial entity, for example a ligand;
- par "fonctionnalisation" on entend tout traitement chimique de type chimique, physicochimique, ou biochimique, ou encore biologique, permettant d'attacher l'entité rédactionnelle précitée au support.
Pour mettre en œuvre un procédé de détermination tel que défini précédemment, un dispositif conforme à la figure 1 est adapté, comme montré à la figure 14, de la manière suivante :- By "functionalization" means any chemical treatment of chemical, physicochemical, or biochemical, or even biological type, making it possible to attach the above-mentioned editorial entity to the support. To implement a determination method as defined above, a device in accordance with FIG. 1 is adapted, as shown in FIG. 14, as follows:
- il comprend une enceinte d'incubation 305 dont la sortie 306 communique avec le conduit d'entrée 41 du dispositif selon l'invention, et la cavité opératoire 12 comprend, sous forme de remplissage à la manière d'une colonne de chromatographie, des particules 303 telles que définies précédemment, c'est-à-dire le support (M2) fonctionnalisé avec le troisième ligand (L3), - un moyen 307, par exemple de chauffage, de dissociation orientée est disposé en relation avec le conduit d'entrée 41 , à la sortie de l'enceinte d'incubation 305, et ce de manière à permettre la dissociation du complexe 300, précédemment défini, entre le support (M-i) le premier ligand (L-i), et l'espèce cible (C), et le deuxième ligand marqué (Mi, L2) ; ce moyen 307 peut être associé, le cas échéant, à un moyen de concentration en complexe" 300,- It comprises an incubation enclosure 305, the outlet 306 of which communicates with the inlet duct 41 of the device according to the invention, and the operating cavity 12 comprises, in the form of filling in the manner of a chromatography column, particles 303 as defined above, that is to say the support (M 2 ) functionalized with the third ligand (L 3 ), - a means 307, for example of heating, of oriented dissociation is arranged in relation to the conduit entry 41, at the exit of the incubation enclosure 305, and this so as to allow the dissociation of the complex 300, previously defined, between the support (Mi) the first ligand (Li), and the target species (C), and the second labeled ligand (Mi, L 2 ); this means 307 can be associated, where appropriate, with a means for concentrating complex "300,
- un moyen 308 de rétention de particules, par exemple de type magnétique est disposé en aval du moyen 307 de dissociation, toujours en relation avec le conduit d'entrée 41 , pour retenir les particules du support 302 fonctionnalisé, dissociées à partir du complexe 300.a means 308 for retaining particles, for example of the magnetic type, is disposed downstream of the dissociation means 307, still in relation to the inlet conduit 41, for retaining the particles of the functionalized support 302, dissociated from the complex 300 .
De cette manière, le conjugué 301 peut circuler vers la cavité oépratoire 3, et se lier dans cette dernière avec les particules du support 303 fonctionnalisé (M2, L3)
In this way, the conjugate 301 can circulate towards the operating cavity 3, and bind in the latter with the particles of the functionalized support 303 (M 2 , L 3 )