EP1771244A1 - Microreacteur goutte - Google Patents

Microreacteur goutte

Info

Publication number
EP1771244A1
EP1771244A1 EP05790710A EP05790710A EP1771244A1 EP 1771244 A1 EP1771244 A1 EP 1771244A1 EP 05790710 A EP05790710 A EP 05790710A EP 05790710 A EP05790710 A EP 05790710A EP 1771244 A1 EP1771244 A1 EP 1771244A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ionic liquid
drop
functionalized
chemical
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05790710A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Marchand
Françoise Vinet
Guillaume Delapierre
Fatima Hassine
Saïd GMOUH
Michel Vaultier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1771244A1 publication Critical patent/EP1771244A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D221/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one nitrogen atom as the only ring hetero atom, not provided for by groups C07D211/00 - C07D219/00
    • C07D221/02—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one nitrogen atom as the only ring hetero atom, not provided for by groups C07D211/00 - C07D219/00 condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D221/04—Ortho- or peri-condensed ring systems
    • C07D221/18—Ring systems of four or more rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/302—Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets
    • B01F33/3021—Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets the components to be mixed being combined in a single independent droplet, e.g. these droplets being divided by a non-miscible fluid or consisting of independent droplets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/3031—Micromixers using electro-hydrodynamic [EHD] or electro-kinetic [EKI] phenomena to mix or move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J14/00—Chemical processes in general for reacting liquids with liquids; Apparatus specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B01L3/502792—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics for moving individual droplets on a plate, e.g. by locally altering surface tension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C227/00—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C227/14—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton from compounds containing already amino and carboxyl groups or derivatives thereof
    • C07C227/16—Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton from compounds containing already amino and carboxyl groups or derivatives thereof by reactions not involving the amino or carboxyl groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C41/00—Preparation of ethers; Preparation of compounds having groups, groups or groups
    • C07C41/01—Preparation of ethers
    • C07C41/14—Preparation of ethers by exchange of organic parts on the ether-oxygen for other organic parts, e.g. by trans-etherification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
    • C12P17/10—Nitrogen as only ring hetero atom
    • C12P17/12—Nitrogen as only ring hetero atom containing a six-membered hetero ring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/089—Virtual walls for guiding liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0406—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427—Electrowetting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0442—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces thermal energy, e.g. vaporisation, bubble jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027—General features of the devices
    • G01N2035/1034—Transferring microquantities of liquid
    • G01N2035/1046—Levitated, suspended drops

Definitions

  • the particular liquid used in the present invention is an ionic liquid or a mixture of ionic liquids.
  • the present invention finds many applications, particularly in lab-on-a-chip where very small volumes of reaction media are generally used. It makes it possible, for example, to synthesize on a soluble support, syntheses in parallel, convergent syntheses, immobilizations on the ionic liquids of chemical or biological molecules that can be detected (target molecules) or detect (probe molecules), enzymatic reactions, homogenization of catalysts and homogeneous catalysts, process optimization, dangerous reactions, combinatorial chemistry reactions, etc.
  • microsystems use drops of liquids in which the authors perform reactions. These microsystems are described for example in documents [4] and [5]. These drops of liquids may be aqueous or organic solvents.
  • the present invention still meets this need, and still others, explained below, by providing a method for mixing drops of ionic liquid comprising the following steps: depositing a first drop of at least a first ionic liquid on a surface; depositing a second drop of at least one second ionic liquid on said surface; optionally introducing into the first ionic liquid, before or after its deposition in the form of a drop on the surface, of at least a first chemical or biochemical reagent; optionally introducing into the second ionic liquid, before or after its dropwise deposit on the surface, at least one second chemical or biochemical reagent; - meeting the first drop and the second drop so as to form a single drop.
  • the present invention aims to provide a new use of ionic liquids as a microreactor, more particularly for applications in analytical techniques and chemical and biochemical reactions carried out on laboratories on a chip. It therefore also relates to a laboratory on a chip comprising at least one microreactor according to the invention.
  • ionic liquids on the basis of which the present invention is implemented, have a number of interesting physico-chemical properties described in document [9]. These properties include: their low volatilities and very low vapor pressures: ionic liquids have very low volatility and very low vapor pressures, unlike Volatile Organic Solvents (VOS) and solvents. aqueous so no evaporation problem when used in droplet format. They are especially less volatile than water and most organic solvents such as, for example, ether, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, ethanol, methanol, toluene, acetonitrile, solvents whose temperature boiling point is less than or equal to 110 ° C.
  • VOS Volatile Organic Solvents
  • ionic liquids can also be cited, particularly for their interest in laboratory-on-a-chip applications: these liquids can be used in electrochemistry and have a large electrochemical window; and they are compatible with biological molecules such as enzymes, proteins, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids, etc.
  • ionic liquid means a pure ionic liquid or a mixture of ionic liquids, functionalized or not, or a mixture of one or more ionic liquids, functionalized or not, with one or more reagents and / or solvents.
  • non-functional ionic liquid or
  • the ionic liquid A x + Xi has at least one functional ion, it is called” functionalized ionic liquid ". reaction medium and for another part of soluble support or matrix.
  • Xi a non-functional anion or a mixture of non-functional anions.
  • the term "ionic entity” refers to that portion of the cation or anion, which carries the charge, respectively positive or negative.
  • the function Fi can be chosen in particular from the following functions: hydroxyl, carboxylic acid, amide, sulphone, primary amine, secondary amine, aldehyde, ketone, ethenyl, ethynyl, dienyl, ether, epoxide, phosphine (primary, secondary or tertiary), azide imine, ketene,
  • n being an integer from 0 to 20.
  • the drop (s) can (s) be deposited on the surface, for example of a lab-on-a-chip, by any known technique of the person skilled in the art, for example by a technique chosen from the group comprising a manual deposition, a deposition by an automated or non-automated drop dispenser, for example from an ionic liquid reservoir, or a deposition by fractionation of a larger drop deposited on the surface.
  • the surface on which the drop is deposited is preferably a surface allowing the formation of a drop of ionic liquid without it spreading too much, especially in order to prevent contiguous drops whose coalescence was not expected to touch (unwanted contamination between drops deposited on the surface).
  • It may be, for example, a silica surface, a glass surface, a Teflon surface, etc. This is in fact the surface on which the chemical or biochemical reaction is carried out using the drop microreactor of the present invention. It may be any surface suitable for making a lab-on-a-chip, and preferably compatible with ionic liquids.
  • the material of the surface is therefore preferably compatible with the drop format and, where appropriate, with the chosen technique of displacement of the drop (s).
  • the expression “the first and second drops are combined” means that at least two drops deposited on the surface can be combined, in particular to mix them and / or to mix their contents, for example the first and second reagents.
  • first and second reagents means at least two reagents, each of the drops may comprise one or more reagents, each of the drops may consist of a functionalized or non-functionalized ionic liquid.
  • the combination of the two drops, or coalescence can therefore trigger the chemical or biochemical reaction (s) or simply perform a mixture of reagents and / or ionic liquids.
  • one of the drops comprises a specific task ionic liquid and the other a matrix ionic liquid and a reagent
  • the meeting, or bringing into contact, of these drops of ionic liquid makes it possible to performing the desired chemical reaction (s) between the reagent and the function carried by the ionic liquid.
  • the drop of the preceding step -iv- is combined with the drop of ionic liquid, for example by a displacement technique such as those mentioned above, and
  • the present invention may also consist, according to a fifth example, in the implementation of a method for preparing a molecule M attached to an initial function F 0 , bonded, in the drop of ionic liquid, optionally via an arm
  • the matrix or functionalized ionic liquids used during the different reactions may be identical or different.
  • said at least one first ionic liquid and said at least one second ionic liquid are independently selected from a functionalized or non-functionalized ionic liquid.
  • the first ionic liquid may therefore comprise, in addition to the functionalized ionic liquid, an unfunctionalized ionic liquid, or else; in addition to the unfunctionalized ionic liquid, a liquid ionic functionalised.
  • the second ionic liquid may comprise in addition to the functionalized ionic liquid, an ionic liquid. no . functionalized, or else, in addition to the unfunctionalized ionic liquid, a functionalized ionic liquid.
  • Hazardous reactions examples that may be mentioned are reactions involving azides as described in document [14].
  • Target molecules proteins, enzymes, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids etc.
  • probe molecules for example proteins, enzymes, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids etc.
  • each of the drops forming a microreactor may be heated to allow conventional reactions of organic chemistry, for example up to 200 0 C or more, because of the non-volatility of W
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • IR infrared
  • UV visible ultraviolet
  • MS mass spectrometry
  • LC / MS liquid chromatography-mass spectrometry
  • colorimetric or any other technique appropriate analysis known to those skilled in the art to detect the molecules to be analyzed.
  • the displacement of the drip microreactors of the present invention can be achieved by any technique known to those skilled in the art to move a drop on a surface.
  • a displacement technique chosen from: -
  • a mechanical displacement for example by vibration, by capillarity, by means of a pusher or by transport on a mobile support.
  • An example of transport on a mobile support that can be used in the present invention is a "treadmill" as described for example in document [16].
  • the dielectric layer and the hydrophobic layer between the activated electrode and the drop permanently polarized by a counter electrode, acting as a capacitor, - the effects of electrostatic charge induce the displacement of drop on the activated electrode.
  • the counter electrode is essential for the movement by electrowetting, it maintains an electrical contact with the drop during its movement.
  • This counter electrode can be either a catenary (Ca) as described in [5], or a buried wire, or a planar electrode on the hood of confined systems.
  • the electrodes can be made by depositing a metal layer, by the
  • [17] discloses, for example, a dielectric liquid displacement control device operable in the present invention.
  • a drop of liquid is placed between two planes comprising pairs of electrodes.
  • the drop of liquid has a permittivity greater than its environment defined by the space between the two planes comprising the electrodes.
  • the displacement is electrically controlled by applying electrical voltages to the electrode pairs.
  • the present invention allows the realization of chemical or biochemical reactions in small wallless reactors.
  • the ionic liquids with specific tasks allow the realization of chemical reactions with the same reactivity as in solution.
  • the reactions can be followed and the purification of the reaction products is easy, for example after cleavage.
  • the microreactor drop of the present invention there is no clogging of channels, there is no loss of charge in hydrodynamic mode, for example when syringe pumps and pumps are used and it does not there are no dead volumes as with the microreactors of the prior art.
  • unlike channels, with the present invention there is no problem of diffusion. The reactions remain constant and individualized.
  • Figure 1 schematic representation of a chemical reaction and / or biochemical manufacturing of a product C in a microreactor drop produced by the method of the present invention by combining a drop of ionic liquid functionalized with a function A (LI A ) and a drop of matrix ionic liquid comprising reagent B.
  • LI A function A
  • the drop displacement technique used in this example is an electrowetting displacement technique whose operation is shown schematically in FIG. 6 (only one drop is shown in FIG. 6): the support (S) is structured so as to comprise a electrode network (E), a dielectric layer (D), a hydrophobic layer
  • connection means connected to an electric generator (V).
  • the drops (G) are based on the array of electrodes (FIG. 6A), from which they are isolated by the dielectric layer and the hydrophobic layer.
  • a first reaction mixture is prepared as follows: 50 mM phosphate-citrate buffer pH 6.5 (10 ml), o-phenylene diamine (OPD, 20 mg) and hydrogen peroxide (4 ⁇ l). A drop of this mixture of a volume of 0.5 ⁇ l is dissolved in matrix ionic liquid ([btma] [NTF 2 ]) (0.5 ⁇ l).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte à un microréacteur goutte, c'est-à-dire à un microréacteur constitué d'une goutte d'un liquide particulier, le microréacteur étant sans paroi, l'interface du liquide particulier avec le milieu ambiant et avec le support sur lequel la goutte est déposée définissant les limites du microréacteur. Le microréacteur est caractérisé en ce qu'il est constitué d'une goutte comprenant au moins un liquide ionique. La présente invention se rapporte également à des procédés de mise en oevre de réactions chimiques ou biochimiques et/ou de mélanges utilisant ledit microréacteur goutte, ainsi qu'à un laboratoire sur puce comprenant un microréacteur selon l'invention.

Description

MICROREACTEUR GOUTTE
DESCRIPTION
Domaine technique La présente invention se rapporte à un microréacteur goutte, c'est-à-dire à un microréacteur constitué d'une goutte d'un liquide particulier, le microréacteur étant sans paroi, l'interface du liquide particulier avec le milieu ambiant et avec le support sur lequel la goutte est déposée définissant les limites du microréacteur.
La présente invention se rapporte également à des procédés de mise en œuvre de réactions chimiques ou biochimiques et/ou de mélanges utilisant ledit microréacteur goutte, ainsi qu'à un laboratoire sur puce comprenant un microréacteur selon l'invention.
Le liquide particulier utilisé dans la présente invention est un liquide ionique ou un mélange de liquides ioniques. La présente invention trouve de nombreuses applications, en particulier dans les laboratoires sur puce où des volumes très réduits de milieux réactionnels sont généralement utilisés. Elle permet par exemple de réaliser des synthèses sur support soluble, des synthèses en parallèle, des synthèses convergentes, des immobilisations sur les liquides ioniques de molécules chimiques ou biologiques susceptibles d'être détectées (molécules cibles) ou de détecter (molécules sondes) , des réactions enzymatiques, des hétérogénéisation de catalyseurs et des catalyses homogènes, des optimisations de procédé, des réactions dangereuses, des réactions de chimie combinatoire, etc.
Dans la description qui suit, les références entre crochets [ ] renvoient à la liste de références annexée.
Etat de la technique
De nombreux microsystèmes ou microréacteurs destinés à réaliser des réactions chimiques ou biochimiques à l'échelle du μl, voir du ni, sont décrits dans la littérature, par exemple dans les documents [1] - [5] .
La plupart de ces dispositifs font intervenir un système de canaux, comme décrit dans les documents [1] - [3] , inclus dans un packaging, notamment en verre, en métal, en silicium, en polymère organique, en céramique, etc.
Cependant, ces microsystèmes génèrent un certain nombre de problèmes : les canaux se bouchent facilement, ils sont sujets aux pertes de charges en mode hydrodynamique, par exemple lorsque des pousse- seringues et des pompes sont utilisées, et il est souvent difficile d'éviter les volumes morts et d'optimiser un microsystème faible coût compatible avec un environnement chimique agressif, notamment par les solvants utilisés, les températures de travail, les pressions, etc.
D'autres microsystèmes utilisent des gouttes de liquides dans lesquelles les auteurs réalisent des réactions. Ces microsystèmes sont décrits par exemple dans les documents [4] et [5] . Ces gouttes de liquides peuvent être des solvants aqueux ou organiques. l'
Cependant, dans les deux cas, les auteurs sont confrontés à l'évaporation de ces solvants, ce qui implique la nécessité d'un capot dans le meilleur des cas, ou rend leur utilisation impossible dans le pire des cas. De plus, dans le cas de l'eau, peu de réactions de chimie organique sont connues. Dans le cas des solvants organiques, les utilisateurs sont confrontés aux problèmes de toxicité, par exemple par inhalation, de sécurité, par exemple du fait de risques d'inflammation, ainsi qu'au recyclage.
D'autre part, pour réaliser des réactions chimiques dans ces microsystèmes, il est souvent nécessaire de déplacer les réactifs afin de réaliser ces réactions ou mélanges. Dans le cas des canaux, le déplacement des réactifs est souvent imposé à l'aide de pompes qui permettent de contrôler des pressions, ou de pousse-seringues qui permettent de contrôler des débits.
Le déplacement peut également être réalisé par électro-osmose ce qui nécessite le contrôle des charges de surface.
Dans les systèmes en goutte, électromouillage
(EWOD : pour « electrowetting on dielectric ») et les ondes acoustiques sont généralement utilisés, comme décrit par exemple dans le document [5] . Pour les solvants aqueux, cela ne pose en général pas trop de problèmes alors que pour les solvants organiques, seuls quelques-uns sont compatibles avec ces techniques. En effet, la plupart des solvants sont isolants, or les solvants doivent être conducteurs pour être utilisables en électromouillage. Cependant, peu de réactions chimiques sont réalisées en milieu aqueux bien qu'un certain nombre d'auteurs y travaillent, comme l'illustre le document [6] . Enfin, plusieurs applications chimiques, telles que la chimie combinatoire, les synthèses in situ, etc. nécessitent l'utilisation de supports solubles, par exemple de polyéthylène glycols, ou insolubles, par exemple de billes de résines de type Merrifield, de silice, etc., dans le milieu réactionnel, comme l'illustrent les documents [7] et [8] . Les approches existantes présentent plusieurs inconvénients : (i) Sur les supports insolubles : les réactions en milieu hétérogène ont une cinétique plus lente en général qu'en solution ; parfois certaines réactions qui sont faisables en solution ne fonctionnent pas sur support solide ; et - les réactions sont difficiles à suivre,
(ii) Sur des supports polymères solubles : la purification des produits réactionnels est très délicate, la parallélisation est difficile - charge spécifique faible, et recyclage difficile.
Il existe donc un réel besoin d'un réacteur ne présentant pas les inconvénients précités des microsystèmes à canaux, des microsystèmes à gouttes de solvants aqueux ou organiques, et des supports solubles ou insolubles de l'art antérieur. Exposé de l'invention
La présente invention répond précisément à ce besoin, et à d'autres encore, expliqués ci-dessous, en fournissant un microréacteur caractérisé en ce qu'il est constitué d'une goutte comprenant au moins un liquide ionique.
La présente invention répond encore à ce besoin, et à d'autres encore, expliqués ci-dessous, en fournissant, selon un premier mode de réalisation, un procédé de mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une goutte d'au moins un liquide ionique sur une surface ; introduction dans le, au moins un, liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte, d'au moins un réactif chimique ou biochimique, faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans ladite goutte, le réactif avec le liquide ionique ou les réactifs entre eux. La présente invention répond encore à ce besoin, et à d'autres encore, expliqués ci-dessous, en fournissant, un procédé de mélange de gouttes de liquide ionique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une première goutte d'au moins un premier liquide ionique sur une surface ; dépôt d'une deuxième goutte d'au moins un deuxième liquide ionique sur ladite surface ; éventuellement introduction dans le premier liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un premier réactif chimique ou biochimique ; éventuellement introduction dans le deuxième liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un deuxième réactif chimique ou biochimique ; - réunion de la première goutte et de la deuxième goutte de manière à former une seule goutte.
Ainsi, les gouttes de liquides ioniques, identiques ou différentes par leur volume et/ou leur contenu, comprenant chacune ou non, indépendamment l'une de l'autre, un ou plusieurs réactif (s) , et comprenant chacune ou non, indépendamment l'une de l'autre, un solvant, sont mélangées entre elles, et donc également leur contenu éventuel, par réunion desdites gouttes en une seule goutte. L'étape de réunion des gouttes peut être suivie d'une étape consistant à faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans la goutte formée par leur réunion, des réactifs lorsqu'ils sont présents dans l'une et/ou l'autre des gouttes entre eux et/ou avec le premier et/ou le deuxième liquide (s) ionique (s) , en particulier lorsque ce (ces) liquide (s) ionique (s) est (sont) fonctionnalisé (s) .
La présente invention répond donc, par exemple, encore au besoin précité, et à d'autres encore exposés ci-dessous, en fournissant, selon un deuxième mode de réalisation, un procédé de mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une première goutte d'au moins un premier liquide ionique sur une surface ; dépôt d'une deuxième goutte d'au moins un deuxième liquide ionique sur ladite surface ; introduction dans le premier liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un premier réactif chimique ou biochimique ; introduction dans le deuxième liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un deuxième réactif chimique ou biochimique ; réunion, sur ladite surface, de la première goutte et de la deuxième goutte de manière former une seule goutte ; et faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans la goutte formée par la première et la deuxième gouttes réunies, ledit premier réactif avec ledit deuxième réactif.
La présente invention a pour but de fournir une nouvelle utilisation des liquides ioniques en tant que microréacteur, plus particulièrement pour des applications dans les techniques d'analyse et les réactions chimiques et biochimiques réalisées sur des laboratoires sur puce. Elle se rapporte donc également à un laboratoire sur puce comprenant au moins un microréacteur selon l'invention.
En fait, le microréacteur de la présente invention est un réacteur sans paroi : c'est l'interface du liquide ionique avec le milieu ambiant qui défini les limites du microréacteur. C'est pourquoi, dans la présente description, il est également appelé « microréacteur goutte ». l'
Les liquides ioniques, sur la base desquels la présente invention est mise en œuvre, présentent un certain nombre de propriétés physico-chimiques intéressantes décrites dans le document [9] . Ces propriétés sont notamment : leurs faibles volatilités et leurs tensions de vapeur très faibles : les liquides ioniques sont très peu volatils et ont des tensions de vapeur très faibles contrairement aux solvants organiques volatils (« VOS » pour « Volatil Organic Solvents ») et aux solvants aqueux donc pas de problème d'évaporation lors de leur utilisation en format goutte. Ils sont notamment moins volatils que l'eau et la plupart des solvants organiques tels que, par exemple, l'éther, le tétrahydrofurane, le dichlorométhane, le chloroforme, l'éthanol, le méthanol, le toluène, acétonitrile, solvants dont la température d'ébullition est inférieure ou égale à 1100C. Au-delà de cette température, ils passent à l'état gazeux, et ne sont plus utilisables comme solvants en chimie dans des réacteurs classiques. En revanche, les liquides ioniques ne présentent pas ce problème. leur grande stabilité thermique : les liquides ioniques sont très stables thermiquement, certains jusqu'à plus de 4000C, contrairement à leur faible inflammabilité, leur fort pouvoir de solubilisation aussi bien des sels que des molécules organiques neutres et des polymères, et de divers matériaux comme les complexes de métaux de transition, par exemple tels que des catalyseurs ; leur recyclage est aisé. ils peuvent être fonctionnalisés et peuvent alors servir de supports solubles à forte charge spécifique et permettre de réaliser des réactions avec la même réactivité qu'en solution aqueuse ou organique. les réactions chimiques et biochimiques peuvent y être suivies facilement par les techniques d'analyses modernes telles que la résonance magnétique nucléaire (RMN) ou les techniques de chromatographie haute performance (HPLC) ; la purification des produits réactionnels est aisée.
Les propriétés suivantes des liquides ioniques, peuvent également être citées, notamment pour leur intérêt dans les applications laboratoires sur puce : ces liquides sont utilisables en électrochimie et possèdent une grande fenêtre électrochimique ; et ils sont compatibles avec des molécules biologiques tels que des enzymes, des protéines, des acides nucléiques (ADN et ARN) , des glycoprotéines, des lipides, etc.
Selon l'invention, le, au moins un, liquide ionique peut être choisi parmi tous les liquides ioniques et sels d'onium appropriés connus de l'homme du métier, ainsi que parmi leurs mélanges. Les documents [9] et [10] décrivent des exemples de liquides ioniques, les sels d'onium et leurs mélanges utilisables pour mettre en œuvre la présente invention, ainsi que leurs propriétés physicochimiques et leur(s) procédé (s) de fabrication. Le liquide idnigue utilisable se présente sous forme liquide à température ambiante, il peut être représenté par la formule Ax +Xi" , dans laquelle A1 + représente un cation, fonctionnel ou non ou bien un mélange de cations dans lequel soit aucun des cations n'est fonctionnel, soit l'un au moins des cations est fonctionnel, et dans laquelle Xi" est un anion fonctionnel ou non, ou un mélange d'anions dans lequel soit aucun des anions n'est fonctionnel soit l'un au moins des anions est fonctionnel. L'expression « liquide ionique » désigne en général un sel ou un mélange de sels dont le point de fusion est compris entre -1000C et 2500C.
Par « liquide ionique », sans autre précision, on entend un liquide ionique pur ou un mélange de liquides ioniques, fonctionnalisé (s) ou non, ou un mélange d'un ou de plusieurs liquides ioniques, fonctionnalisé (s) ou non, avec un ou plusieurs réactifs et/ou solvants. Par « liquide ionique non fonctionnalisé » ou
« liquide ionique matrice », on entend un liquide ionique capable de solubiliser une ou plusieurs espèces chimiques ou biologiques telles que les sels minéraux ou organiques, les molécules organiques, les polymères d'origine naturelle ou synthétique. L'expression « liquide ionique non fonctionnalisé » désigne donc un solvant constitué d'un liquide ionique. Ces nouveaux « solvants » sont non volatils et ont une très faible tension de vapeur. Ils sont également polaires et ont la capacité de dissoudre des sels d'onium fonctionnalisés pouvant alors servir de supports solubles comme décrit dans le document [10] . Ils peuvent être utilisés purs ou en mélange.
Par « liquide ionique fonctionnalisé » ou « liquide ionique à tâche spécifique » ou « liquide ionique dédié », on entend un liquide ionique de formule indiquée ci-dessus, dont soit le cation, soit l'anion, ou les deux, est (sont) porteur(s) d'une fonction capable de réagir avec un réactif présent dans la goutte. Ils peuvent être utilisés purs ou en mélange.
L'expression « cation fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui possède au moins une fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge positive. L'expression « anion fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui possède au moins une fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge négative. L'expression « cation non fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui ne possède pas de fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge positive. L'expression « anion non fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui ne possède pas de fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge négative.
Lorsque le liquide ionique A1 +Xi" ne comporte aucun ion fonctionnel, il est appelé « liquide ionique non fonctionnalisé ». Il sert de milieu réactionnel inerte ou matrice vis-à-vis des réactifs mais est capable de les dissoudre.
Lorsque le liquide ionique Ax +Xi" comporte au moins un ion fonctionnel, il est appelé « liquide ionique fonctionnalisé ». Il peut servir pour une part de milieu réactionnel et pour une autre part de support soluble ou matrice.
Dans la présente invention, ledit au moins un liquide ionique peut donc être un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé, mais aussi, un mélange de liquide(s) ionique(s) fonctionnalisé (s) et de liquide(s) ionique(s) non fonctionalisé (s) . La goutte de liquide ionique formant le microréacteur peut donc comprendre en plus du liquide ionique, fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou bien, en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé.
Le choix du, ou du mélange, de liquide(s) ionique(s) dépend du mélange et/ou de la réaction chimique ou biochimique qui sera mise en œuvre dans le
« réacteur goutte » de la présente invention.
Le fait d'avoir des mélanges de liquides ioniques n'est pas gênant, dans le cas où tous les constituants du mélange sont inertes chimiquement dans les conditions d'utilisation lorsque cette inertie est requise dans la mise en œuvre de la présente invention.
Par exemple, un mélange de sels de tétralkyl ammonium ou de phosphonium non fonctionnels peut être utilisé.
D'autre part, le point de fusion d'un mélange est inférieur au point de fusion du constituant du mélange qui fond à la température la plus basse. Il peut donc être très important d'avoir recours à un mélange pour disposer d'un liquide ionique à température de fusion raisonnable. Certains sels fonctionnalisés, en particulier ceux avec de gros anions tels que NTf2", PFε"/ BF4 " ou CF3SO3 ", peuvent être liquides à température ambiante ou fondre à basse température, par exemple
Me :3,NN+ . °H.NTf2 est liquide à température ambiante. Ce liquide ionique est préparé par alkylation de Me3N selon la réaction suivante :
Me, N "OH , NTf2
Tf représentant CF3SO2
Dans la présente invention il est possible d'utiliser en tant que Ai+ un cation non fonctionnel ou un mélange de cations non fonctionnels et en tant que
Xi" un anion non fonctionnel ou un mélange d'anions non fonctionnels.
Dans la présente invention, il est également possible d'utiliser en tant que Ai+ un cation fonctionnel ou un mélange de cations dont l'un au moins est fonctionnel, et/ou en tant que X1 " un anion fonctionnel ou un mélange d'anions dont l'un au moins est fonctionnel, lesdits cations fonctionnels et anions fonctionnels correspondant à une entité ionique, à savoir respectivement cationique ou anionique, liée à au moins une fonction Fi, Fi variant de F0 à Fn, n étant un nombre entier variant de 1 à 10.
L'expression « entité ionique » désigne la partie du cation ou de 1 'anion, qui porte la charge, respectivement positive ou négative. La fonction Fi peut notamment être choisie parmi les fonctions suivantes : hydroxyle, carboxylique, amide, sulfone, aminé primaire, aminé secondaire, aldéhyde, cétone, éthényle, éthynyle, diényle, éther, époxyde, phosphine (primaire, secondaire ou tertiaire) , azoture, imine, cétène,
• cumulène, hétérocumulène, thiol, thioéther, sulfoxyde, groupements phosphores, hétérocycles, acide sulfonique, silane, stannane ou aryle fonctionnel, et toute fonction résultant d'une transformation chimique, thermique, photochimique ou par irradiation micro-onde des fonctions précédentes .
Par exemple le, au moins un, liquide ionique peut être choisi parmi un sel d' imidazolium, plus généralement un sel d'ammonium, un sel de phosphonium, un sel d'onium ou un mélange de ces sels. Comme indiqué ci-dessus, ces sels peuvent être fonctionnalisés ou non fonctionnalisés .
A titre d'exemples de liquides ioniques servant de matrice, c'est-à-dire de liquides ioniques non fonctionnalisés, on peut citer les suivants : l-butyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate [bmim] [BF4] ; l-butyl-3-méthylimidazolium hexafluorophosphate [bmim] [PF6] ;
1-butyl-3-méthylimidazolium bis (trifluorométhylsulfonyl) imide [bmim] [NTf2] ; (l-éthyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate [émim] [PF6] ; et - butyltriméthylammonium bis (trifluorométhylsulfonyl) imide [btma] [NTf2] . Pour la mise en œuvre de la présente invention, on peut utiliser par exemple un liquide ionique tel que défini ci-dessus, dans une composition stable contenant en solution : au moins -ledit liquide ionique de formule Ai+Xi", jouant le rôle de matrice liquide, et, au moins un liquide ionique fonctionnalisé (« à tâche spécifique ») , par exemple un sel d'onium fonctionnalisé, de formule A2 +X2 ", comme support de réaction, le sel d'onium fonctionnalisé, par exemple le liquide ionique fonctionnalisé, étant dissous dans le liquide ionique non fonctionnalisé, pour former une phase homogène,
Ai+ représentant un cation non fonctionnel ou un mélange de cations dans lequel aucun des cations n'est fonctionnel, et Xi" représentant un anion non fonctionnel ou un mélange d'anions dans lequel aucun des anions n'est fonctionnel,
A2 + représentant un cation, fonctionnel ou non, ou un mélange de cations dans lequel aucun des cations n'est fonctionnel ou dans lequel l'un au moins des cations est fonctionnel, et X2 " représentant un anion, fonctionnel ou non, ou un mélange d'anions dans lequel aucun des anions n'est fonctionnel ou dans lequel l'un au moins des anions est fonctionnel, sous réserve que A2 + et/ou X2 " représente (nt) ou comporte (nt) respectivement un cation fonctionnel et/ou un anion fonctionnel, lesdits cations fonctionnels et anions fonctionnels correspondant à une entité ionique Y-, à savoir respectivement cationique Y+- ou anionique Y"-, liée éventuellement par l'intermédiaire d'un bras L, notamment un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, à au moins une fonction Fi, Fi variant de F0 à Fn, n étant un nombre entier variant de 1 à 10, le cation fonctionnel pouvant être représenté sous la forme Y+-L-Fi, et 1 ' anion fonctionnel sous la forme Y"~
(Dk-F1, k étant égal à 0 ou 1, et 1 'anion fonctionnel pouvant représenter, lorsque k est égal à 0, un anion simple, correspondant à Y~Fi, notamment choisi parmi : OH", F", CN", RO", RS", RSOJ, RCOj, RBFJ, où R représente un groupement alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ou un groupement aryle comprenant de 6 à 30 atomes de carbone.
L'expression « composition stable » désigne un mélange homogène composé de la matrice liquide A1 +Xi" et du ou des sel (s) fonctionnalisé (s) A2 +X2 ". Cette composition est dite stable dans la mesure où elle ne subit pas de transformations spontanées au cours du temps. On peut vérifier que cette composition est stable par analyse spectroscopique à l'aide de la résonance magnétique nucléaire (RMN) , de 1 ' infrarouge (IR) , de l'ultraviolet (UV) visible, de la spectrométrie de masse ou de méthodes de chromatographie. L'expression « liquide ionique fonctionnalisé » désigne une entité de type A2 +X2 " dans laquelle le cation et/ou 1 'anion porte une fonction Fi telle que définie précédemment. Cette fonction confère audit liquide ionique fonctionnalisé et à la composition stable, dont il fait partie, des propriétés chimiques et/ou physico-chimiques . L'expression « sel d'onium fonctionnalisé » désigne les sels d'ammonium, de phosphonium, de sulfonium, ainsi que tous les sels résultant de la guaternarisation d'une aminé, d'une phosphine, d'un thioéther ou d'un hétérocycle contenant l'un ou plusieurs de ces hétéroatomes, et portant au moins une fonction Fi. Cette expression désigne aussi un sel d'onium dont le cation tel que défini ci-dessus n'est pas fonctionnalisé mais dont l'anion porte une fonction Fi. Cette expression peut également désigner un sel dont l'anion et le cation portent une fonction Fi. Un sel d'onium fonctionnalisé préféré est notamment choisi parmi les suivants :
Me3N ,CI"ou NTf2ou PF6 "ou BF4 "
Me,N+ ,CI"ouNTf2ouPF6 "ouBF4 "
,CI"ouNTf2ouPF6 "ouBF4 "
m étant un nombre entier compris de 0 à 20.
Un sel d'onium non fonctionnalisé préféré est notamment choisi parmi les suivants : cations imidazolium, pyridinium Me3N+-Bu ou Bu3P+-Me, anions NTf2 ", PF6 " ou BF4 ". Dans la présente invention, les liquides ioniques peuvent donc être utilisés purs ou bien en mélange. Il peut s'agir par exemple d'un liquide ionique à tâches spécifiques à une certaine concentration dans un autre liquide ionique servant de l'
matrice, par exemple pour réaliser des réactions supportées comme décrit dans le document [10] . Le sel fonctionnel dissous dans la matrice peut être un liquide ou un. solide à point de fusion élevé, l'important est qu'il soit soluble dans la matrice. Il peut s'agir également d'un liquide ionique dissout dans un ou des solvant (s), le cas échéant choisi pour être compatibles avec les techniques de déplacement de la ou des goutte (s) lorsque ces techniques sont mises en œuvre dans le cadre de la présente invention. Un sel d'onium fonctionnalisé liquide à une température inférieure à 1000C peut être un liquide ionique à tâche spécifique ou une solution d'un sel fonctionnalisé dans une matrice liquide ionique non fonctionnelle. Selon l'invention, lorsque le liquide ionique formant le microréacteur comprend au moins un solvant, il peut s'agir de tout solvant utile pour mettre en œuvre la présente invention, de préférence compatible avec le ou les liquides ionique (s) utilisé (s) , de préférence miscible ou partiellement miscible. Dans ce dernier cas, le solvant est suffisamment miscible pour permettre la mise en œuvre du mélange ou de la réaction chimique conformément à la présente invention.
Le, au moins un, solvant peut être choisi par exemple parmi les solvants organiques tels que le dichlorométhane, le chloroforme, le trichloréthylène, le dichlorométhylène, le toluène, acétonitrile, le propionitrile, le dioxane, la N-méthylpyrrolidone, le tétrahydrofurane (THF) , diméthylformamide (DMF) , l'acétate d'éthyle, l'éthanol, le méthanol, l'heptane, l'hexane, le pentane, l'éther de pétrole, le l'
cyclohexane acétone, isopropanol ; ou parmi les solvants aqueux tels que l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, la soude, etc. Cette liste n'est bien entendu pas limitative, et tout solvant compatible avec les liquides ioniques et avec le mélange et/ou la réaction chimique mise en œuvre est utilisable pour mettre en œuvre la présente invention.
On peut utiliser des solvants volatiles tels que ceux précités (VOS et précédents) miscibles aux liquides ioniques. Ces solvants s'évaporent, notamment lorsqu'on chauffe.
Selon l'invention, le liquide ionique formant le microréacteur peut comprendre également au moins un réactif. Ce (ces) réactif (s) peut (peuvent) par exemple être celui (ceux) utilisé (s) pour effectuer, dans le microréacteur goutte de la présente invention, le ou les mélanges de réactifs et/ou la ou les réaction(s) chimique (s) ou biochimique (s) . Il peut s'agir également d'un ou de plusieurs réactif (s) utilisé (s) pour détecter et/ou analyser les produits initiaux et/ou finaux issus des réactions chimiques ou biochimiques effectuées dans le microréacteur.
Le, au moins un, réactif peut être introduit dans le liquide ionique sous forme de poudre (solide) , sous forme liquide ou en solution. Quelque soit le mode de mise en oeuvre de la présente invention, l'introduction du réactif peut se faire par simple dépôt du réactif liquide, dans ou sur le liquide ionique avant ou après le dépôt de la ou des gouttes sur la surface. Une homogénéisation du mélange liquide ionique/réactif peut ensuite être effectuée, par exemple par brassage, ou alors, lorsqu'il s'agit d'une goutte, par exemple par vibrations ou par simple agitation brownienne.
Selon l'invention, lorsque le réactif à introduire dans le liquide ionique est volatil, il est avantageusement possible de le fixer dans le microréacteur de la présente invention en utilisant un liquide ionique spécialement fonctionnalisé pour fixer ledit réactif. Ainsi, lorsque le réactif est introduit dans le liquide ionique, il est fixé par ce dernier et ne peut plus s' évaporer.
Lorsque le réactif est en solution, la solution est réalisée de préférence au moyen d'un solvant compatible chimiquement avec le liquide ionique, c'est- à-dire qui ne réagit chimiquement pas avec le liquide ionique, et, de préférence aussi, qui n'interfère pas avec la réaction chimique ou biochimique qui doit être mise en œuvre dans la goutte. Le solvant utilisé doit bien entendu aussi être, au moins partiellement, miscible avec le liquide ionique. Des exemples de solvants utilisables à cet effet sont donnés ci-dessus. Après introduction du réactif en solution dans le liquide ionique, le solvant utilisé peut rester dans le liquide ionique ou être évaporé du liquide ionique, par exemple par chauffage.
Selon l'invention, lorsque le réactif est sous forme liquide ou en solution, il est également possible de déposer une goutte de cette solution de réactif sur la surface à proximité de la goutte de liquide ionique formant le microréacteur de la présente invention et de réunir ces deux gouttes en une seule goutte afin de mélanger leur contenu. La réunion de ces deux gouttes peut être faite par exemple par une des techniques de déplacement décrites ci-dessous, par exemple par électromouillage. Ainsi, l'introduction du réactif dans le microréacteur de la présente invention peut se faire par coalescence d'une goutte de liquide ionique et d'une goutte du réactif sur la surface.
Dans .le procédé de la présente invention, quelque soit le mode de réalisation, la ou les goutte (s) peut (peuvent) être déposée (s) sur la surface, par exemple d'un laboratoire sur puce, par toute technique connue de l'homme du métier, par exemple par une technique choisie dans le groupe comprenant un dépôt manuel, un dépôt par un dispenseur de gouttes automatisé ou non, par exemple à partir d'un réservoir de liquide ionique, ou bien un dépôt par fractionnement d'une goutte plus grosse déposée sur la surface.
Selon l'invention, chaque goutte formant un microréacteur a un volume tel qu'il forme une goutte.
Le cas échéant, lorsque la goutte doit être déplacée, cette goutte doit être déplaçable par la technique de déplacement choisie. Par exemple pour une utilisation dans un laboratoire sur puce, de manière générale, la goutte a un volume de 10 pi à quelques microlitres, par exemple. Lorsqu'une technique de déplacement de la goutte sur la surface est utilisée, de préférence, la goutte a un volume de 10 pi à 10 μl . La présente invention permet donc la réalisation de réactions chimiques ou biochimiques dans des réacteurs sans paroi de faible volume. Selon l'invention, la surface sur laquelle la goutte est déposée est de préférence une surface permettant la formation d'une goutte de liquide ionique sans que cette dernière ne s'étale trop, notamment afin d'éviter que des gouttes contiguës dont la coalescence n'était pas prévue se touchent (contamination non souhaitée entre des gouttes déposées sur la surface) . Il peut s'agir par exemple d'une surface de silice, une surface en verre, une surface en téflon, etc. Il s'agit en fait de la surface sur laquelle la réaction chimique ou biochimique est mise en œuvre en utilisant le microréacteur goutte de la présente invention. Il peut s'agir de toute surface appropriée pour fabriquer un laboratoire sur puce, et de préférence compatible avec les liquides ioniques. Le matériau de la surface est donc de préférence compatible avec le format goutte et, le cas échéant, avec la technique choisie de déplacement de la ou des goutte (s) . Si une technique de déplacement est utilisée, une surface préférée, par exemple de laboratoire sur puce, est bien entendu une surface présentant peu d'adhérence avec le ou les liquides ioniques utilisés, par exemple une surface hydrophobe ou rendue hydrophobe, par exemple en téflon.
La surface peut présenter une ou plusieurs cavité (s) (creux) prévues pour recevoir la ou les gouttes ; une ou plusieurs saillie (s) ; il peut s'agir également d'une surface plane sans relief ; ou alors d'une combinaison de creux et/ou saillies et/ou surface plane. Lorsqu'une technique de déplacement par électromouillage est utilisée, la surface pourra être munie d'un fil conducteur (contre électrode) permettant l'
de polariser la goutte pour la déplacer comme décrit ci-dessous .
Cette surface peut être celle d'un laboratoire sur puce connu de l'homme du métier, couverte ou non d'un capot.
La présence d'un capot recouvrant la ou les gouttes et destiné à éviter évaporation du liquide ionique n'est avantageusement pas obligatoire. Cependant, elle pourra être requise si la réaction chimique mise en oeuvre nécessite des conditions particulières, par exemple une atmosphère inerte, un flux d'argon, ou une aspiration de produit volatils toxiques.
Selon l'invention, une première goutte d'un liquide ionique et une deuxième goutte d'un liquide ionique peuvent être déposées sur une surface, par exemple d'un laboratoire sur puce. Selon l'invention, on entend par l'expression « une première goutte d'un liquide ionique et une deuxième goutte d'un liquide ionique » qu'au moins deux gouttes identiques ou différentes, soit par la nature du liquide ionique, soit par la nature du ou de (s) réactif (s) introduit (s) dans le liquide ionique, sont déposées sur ladite surface. La présente description s'applique bien entendu, indépendamment, à chacune des gouttes déposées sur ladite surface.
Dans le procédé de la présente invention, quelque soit le mode de réalisation, il est possible de déposer, par exemple, 1, 2, 3, 4, 5, à 1000 gouttes ou plus sur une même surface, ces gouttes étant identiques ou différentes, par leur volume et/ou par la nature du liquide ionique et/ou par la nature des réactifs introduits dans le liquide ionique. La présente invention présente donc un avantage particulier, notamment par sa facilité de mise en œuvre, pour réaliser sur un même laboratoire sur puce des réactions chimiques et/ou biochimiques en parallèle, par exemple des réactions multiparamétriques, par exemple sur un échantillon à analyser. Dans la mise en œuvre du procédé de l'invention, une première et une deuxième gouttes peuvent être réunies. Selon l'invention, on entend par l'expression « la première et la deuxième gouttes sont réunies » qu'au moins deux gouttes déposées sur la surface peuvent être réunies, en particulier pour les mélanger et/ou pour mélanger leur contenu, par exemple les premier et deuxième réactifs . Par « premier et deuxième réactifs », on entend au moins deux réactifs, chacune des gouttes pouvant comprendre un ou plusieurs réactifs, chacune des gouttes pouvant être constituée d'un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé.
La réunion des deux gouttes, ou coalescence, peut donc permettre de déclencher la ou les réactions chimique (s) ou biochimique (s) ou simplement d'effectuer un mélange des réactifs et/ou liquides ioniques. Par exemple, si l'une des gouttes comprend un liquide ionique à tâche spécifique et l'autre un liquide ionique matrice et un réactif, la réunion, ou mise en contact, de ces gouttes de liquide ionique permet de réaliser la ou les réactions chimiques voulues entre le réactif et la fonction portée par le liquide ionique.
La réunion de plusieurs gouttes peut se faire simultanément ou successivement. En effet, dans un premier temps deux ou plusieurs gouttes peuvent être réunies en une seule goutte pour faire réagir chimiquement leur contenu lorsqu'elles sont mélangées, puis dans un deuxième temps une troisième goutte ou plus peut (peuvent) être ajoutée (s) au mélange des deux précédentes pour effectuer un mélange ou une autre réaction chimique ou biochimique, et ainsi de suite. Ainsi, une suite de réactions chimiques et/ou biochimiques peut être réalisée très facilement, par simple réunion de gouttes, grâce à la présente invention, par exemple sur un laboratoire sur puce.
La mise en œuvre de la présente invention peut consister, suivant un premier exemple en la succession des étapes suivantes, comme illustré schématiquement sur la figure 1 annexée : -i- sur une surface, par exemple dans une chambre réactionnelle d'un laboratoire sur puce, on dépose une première goutte de liquide ionique (LI A) constituée d'un liquide ionique, ou d'un sel d'onium, fonctionnalisé par une fonction A capable de réagir ou non avec un réactif B, et
-ii- sur cette surface, on dépose une deuxième goutte d'un liquide ionique matrice contenant un réactif B.
-iii- on réunit la première et la deuxième gouttes, par exemple par une technique de déplacement telle que celles précitées, et -iv- après un temps adéquat de réaction chimique entre la fonction A et le réactif B, on obtient une goutte (LI C) , où le liquide ionique est fonctionnalisé par le produit (C) de la réaction A+B. « » indique une liaison chimique entre le liquide ionique et la fonction ou la molécule qui fonctionnalise le liquide ionique. Il peut s'agir par exemple d'une liaison covalente, etc.
Il est possible de réaliser d'autres réactions chimiques après fusions avec d'autres gouttes de liquide ionique contenant d'autres réactifs.
Dans un deuxième exemple (non représenté) , les deux gouttes de liquide ionique sont des liquides ioniques matrice, chacune des gouttes comprend un des réactifs A et B, et la mise en contact (coalescence) de ces deux gouttes de LI permet de réaliser un mélange des réactifs A et B dans la goutte de LI formée à partir des deux gouttes réunies ou une réaction entre les réactifs A et B. Dans cet exemple, les gouttes peuvent ne pas être des liquides ioniques fonctionnels, mais seulement des matrices. Dans ce dernier cas, les réactifs sont simplement en solution dans ces matrices qui jouent le rôle de solvant.
La mise en œuvre du procédé de l'invention peut aussi consister, suivant un troisième exemple, en la succession des étapes suivantes, en plus des étapes -i- à -iv- précitées, comme illustré schématiquement sur la figure 2 annexée :
-v- sur cette surface, on dépose une troisième goutte d'un liquide ionique contenant un réactif D (en même temps que le dépôt des deux premières dans les étapes -i- et -ii- ou après l'étape -ii- ou -iv-) ;
-vi- on réunit la goutte de l'étape -iv- précédente avec la goutte de liquide ionique, par exemple par une technique de déplacement telle que celles précitées, et
-v- après un temps adéquat de réaction chimique entre le produit C et le réactif D, on obtient une goutte (LI E) , où le liquide ionique est fonctionnalisé par le produit (E) de la réaction C+D.
Dans un quatrième exemple, où les liquides ioniques sont tous des liquides ioniques matrices, on obtient par réunion de trois gouttes de liquides ioniques comprenant chacune un des réactifs X, Y et Z, une goutte unique comprenant un mélange X+Y+Z.
La présente invention peut aussi consister, suivant un cinquième exemple, en la mise en œuvre d'un procédé de préparation d'une molécule M fixée sur une fonction initiale F0, liée, dans la goutte de liquide ionique, éventuellement par l'intermédiaire d'un bras
L, notamment un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, à une entité ionique Y+-, faisant partie du cation A2 + du sel fonctionnalisé utilisé A2 +X2 ", et/ou Y"-, faisant partie de 1 'anion X2 " du sel fonctionnalisé utilisé A2 +X2 ", le cation étant sous la forme Y+-L-F0 et/ou 1 'anion étant sous la forme Y--(Dk-F0, k étant égal à 0 ou 1, lequel procédé comprenant les étapes suivantes, écrites à partir des définitions des liquides ioniques fournies ci-dessus : - une première addition d'un réactif B1 dans une goutte de liquide ionique de composition susmentionnée et la réaction entre ladite fonction F0, et le réactif Bi, conduisant à une fonction F1, liée à l'entité ionique Y+-, faisant partie du cation A2 + du sel fonctionnalisé A2 +X2 ", et/ou à l'entité ionique Y"-, faisant partie de l'anion X2 " du sel fonctionnalisé A2 +X2 ", selon l'un des schémas réactionnels suivants :
ou
n-1 additions successives de réactifs Bi (au choix par l'intermédiaire d'une goutte de liquide ionique matrice, de réactifs solides, de réactifs liquides, ou d'une goutte de solution aqueuse de Bi) dans la goutte de liquide ionique de composition susmentionnée, l<i<n, n variant de 2 à 10, permettant, à chaque addition, la réaction entre le réactif Bi et une fonction Fi-1, conduisant à l'obtention d'une fonction F1, la (n-l)ième addition du réactif Bn sur la fonction Fn_! conduisant à l'obtention de la fonction Fn, les n-1 additions pouvant être représentées selon l'un des schémas réactionnels suivants :
Y+-L-F15X" 2→γ+_L_F2jX- γ+_L_F._i3χ-
Y+-L-Fn,X~<—^-Y+-L-E,X" *-Bl J ou
B,
A+ Y- -CL^-F1- →A+J- -(L) -F2...A+,Y- -^k-Fi-i
B • _. Bi
A+ Y"-(L), -Fn^-J- A+ Y--(Lk-Fi <-^-J
clivage de la fonction Fn, liée à l'entité ionique Y+- ou Y"- respectivement du cation A2 + et/ou de 1 ' anion X2 ", permettant de récupérer d'une part le sel fonctionnalisé A2 +X2 ' sous la forme Y+-L-F0, X2 " ou A2 +, Y--(L)^-F0, en solution dans le liquide ionique Ai+Xi", ou sous la forme Y+-L-FO, X2 " ou A2 +, Y"- (L)k-FO, dans laquelle F'o représente une fonction différente de F0, et d'autre part la molécule M, selon l'un des schémas réactionnels suivants :
γ+-L-Fn?χ- clivage )M+Y+-L-F0,X- ou
Y+ -L - F' , XI Cllvage ) M + Y+ - L -F' XI ou
A+, Y" - (L)k - Fn Cllvage ) M + A+, Y" - (L)k - F0 ou
Clivage )>MM+I
Les réactifs B0 à Bn peuvent être apportés successivement par l'intermédiaire d'une goutte de liquide ionique matrice fusionnée à la goutte de liquide ionique fonctionnalisée. La molécule M est récupérée à la fin du procédé de préparation mis ' en œuvre. Le document [10] décrit ce type de protocole utilisable dans la présente invention. Dans un sixième exemple, on peut fusionner des gouttes de liquides ioniques contenant des réactifs supportés conduisant au final à un multisel en solution dans une matrice LI. On peut alors revenir à l'exemple précédent et faire réagir des réactifs non supportés par l'intermédiaire de fusion avec des gouttes de liquides ioniques matrices contenant ces réactifs.
Ainsi, par coalescences successives de gouttes selon le procédé de l'invention, on peut réaliser successivement des mélanges et réactions, dans des liquides ioniques matrice ou avec des liquides ioniques fonctionnalisés pour mettre en œuvre de très nombreux type de réactions chimiques et biochimiques, de la même manière que dans un réacteur classique.
Les possibilités d'enchaînements d'étapes conformes à la présente invention sont donc infinies.
Dans ces enchaînements, les liquides ioniques matrices ou fonctionnalisés utilisés lors des différentes réactions peuvent être identiques ou différents. Ainsi, selon l'invention, ledit, au moins un, premier liquide ionique et ledit, au moins un, deuxième liquide ionique sont indépendamment choisis parmi un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé. Le premier liquide ionique peut donc comprendre en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou alors ; en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé. De même, et de manière indépendante, le deuxième liquide ionique peut comprendre en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique . non . fonctionnalisé, ou alors, en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé. Bien entendu, la première goutte et la deuxième goutte peuvent être identiques ou différentes et peuvent avoir, indépendamment, des volumes tels qu'indiqué ci-dessus. L'étape consistant à faire réagir chimiquement ou biochimiquement le réactif ou les réactifs entre eux ou avec la fonction portée par un liquide ionique d'une goutte est effectuée comme toute étape de réaction chimique ou biochimique dans un réacteur classique de l'art antérieur, c'est-à-dire à parois, mis à part qu'elle est effectuée dans le microréacteur goutte de la présente invention, c'est-à-dire dans la goutte de liquide ionique fonctionnalisée ou non.
Selon l'invention, il peut s'agir de toute réaction chimique ou biochimique. On peut citer à titre d'exemple de réactions réalisables dans le microréacteur de la présente invention les suivantes :
Les réactions de chimie combinatoire et de synthèses sur support soluble, comme par exemple celles décrites dans le document [11] .
Les réactions enzymatiques ; on peut citer par exemple les réactions utilisant les lipases comme celles décrites -dans le document [12] . Les réactions de catalyse ; on peut citer par exemple la métathèse des oléfines comme celle décrite dans le document [13] .
Les réactions dangereuses. ; on peut citer par exemple les réactions faisant intervenir des azotures comme décrit dans le document [14] .
Les réactions électrochimiques ; on peut citer par exemple les ruptures cathodiques de liaisons comme décrites dans le document [15] . - Les hétérogénéisation de catalyseurs et des catalyses homogènes.
Les optimisations de réactions chimiques ou biochimiques.
Les synthèses en parallèle. - Les synthèses convergentes.
Les immobilisations sur les liquides ioniques de molécules chimiques ou biologiques susceptibles d'être détectées (molécules cibles) ou de détecter (molécules sondes) , par exemple des protéines, des enzymes, des acides nucléiques (ADN et ARN), des glycoprotéines, des lipides, etc.
Dans cette étape de réaction, les conditions opératoires appropriées pour la mise en œuvre de la réaction chimique ou biochimique en cause en réacteur classique de l'art antérieur sont donc mises en œuvre dans la présente invention dans une goutte de liquide ionique. Par exemple, chacune des gouttes formant un microréacteur peut être chauffée pour permettre des réactions classiques de chimie organique, par exemple jusqu'à 2000C ou plus, du fait de la non volatilité des W
33
liquides ioniques. Les réactions chimiques réalisées dans les liquides ioniques peuvent être réalisées à température ambiante mais également à des températures élevées.
5 Le ou les produit (s) obtenus lors de, ou après la ou les, réaction(s) chimique (s) réalisée (s) dans la goutte de liquide ionique pourra (pourront) alors être détecté (s) ou quantifié (s) soit directement à l'intérieur du laboratoire sur puce, par exemple par 0 détection colorimétrique ou électrochimique ou tout autre moyen de détection approprié connu de l'homme du métier, ou bien à l'extérieur du laboratoire sur puce, par exemple par les techniques de chromatographie haute performance (HPLC) , de chromatographie en phase 5 gazeuse, (GC), par les techniques d'analyse spectroscopique, par résonance magnétique nucléaire
(RMN) , par infrarouge (IR) , par ultraviolet (UV) visible, par spectrométrie de masse (MS) , par chromatographie en phase liquide couplée à un 0 spectromètre de masse (LC/MS) , par colorimétrie, ou toute autre technique d'analyse appropriée connue de l'homme du métier pour détecter les molécules à analyser.
Les analyses peuvent être réalisées directement 5 dans la goutte (par exemple par RMN, HPLC ou une autre technique telle que celles précitées) , ou après libération du produit de la réaction lié au liquide ionique par clivage (voir exemple 1) , et/ou extraction et/ou purification du ou des produit (s) issu (s) de la 0 réaction effectuée dans la goutte de liquide ionique. Cette extraction peut être réalisée par exemple par la technique décrite dans le document [10] .
Selon l'invention, quelque soit le procédé utilisé, il peut comprendre en outre une étape consistant à déplacer sur la surface la ou les gouttes de liquide ionique.
Ce déplacement de la ou des goutte (s) peut avoir différents objectifs, parmi ceux-ci, on peut citer par exemple celui de réunir deux ou plusieurs gouttes de liquide ionique déposées sur la surface dans les applications de mélange(s) et de réaction(s) chimique ou biochimique précitées entre les gouttes et leur contenu ; mais également celui de déplacer une goutte de liquide ionique d'une zone de réaction d'un laboratoire sur puce jusqu'à une autre zone de réaction dudit laboratoire, ou encore d'une zone de réaction d'un laboratoire sur puce jusqu'à une zone de détection dudit laboratoire.
Le déplacement des microréacteurs gouttes de la présente invention peut être réalisé par toute technique connue de l'homme du métier pour déplacer une goutte sur une surface.
Avantageusement, selon l'invention, il s'agit d'une technique de déplacement choisie parmi : - Un déplacement mécanique, par exemple par vibration, par capillarité, au moyen d'un poussoir ou encore par transport sur un support mobile. Un exemple de transport sur support mobile utilisable dans la présente invention est un « tapis roulant » tel que décrit par exemple dans le document [16] . l'
Un déplacement électrostatique, par exemple par électromouillage. La technique de déplacement des gouttes de liquide ionique par électro-mouillage a été découverte dans le cadre de la présente invention. En effet, lors de leur recherche, les inventeurs de la présente ont été les premiers à mettre en évidence la propriété des liquides ioniques de pouvoir être déplacés sur une surface, sous forme de goutte, par électromouillage. Cette technique est particulièrement avantageuse dans la mise en œuvre du procédé de l'invention, notamment dans les applications « laboratoire sur puce ». On peut utiliser par exemple électromouillage sur diélectrique décrit dans le document [5] où les forces utilisées sont des forces électrostatiques . La goutte repose sur un réseau d'électrodes, dont elle est isolée par une couche diélectrique et une couche hydrophobe. Lorsque l'électrode à proximité de la goutte est activée, la couche diélectrique et la couche hydrophobe entre l'électrode activée et la goutte polarisée en permanence par une contre électrode, agissant comme une capacité, - les effets de charge électrostatique induisent le déplacement de la goutte sur l'électrode activée. La contre électrode est indispensable au déplacement par électromouillage, elle maintient un contact électrique avec la goutte pendant son déplacement. Cette contre électrode peut être soit un caténaire (Ca) comme décrit dans [5] , soit un fil enterré, soit une électrode planaire sur le capot des systèmes confinés. Les électrodes peuvent être réalisées par dépôt d'une couche métallique, par l'
exemple d'un métal choisi parmi Au, Al, ITO, Pt, Cr, Cu, ou par photolithographie. Le substrat est ensuite recouvert d'une couche diélectrique, par exemple en Si3N4 ou en SiO2. Enfin, un dépôt d'une couche hydrophobe est effectué, comme par exemple, un dépôt de téflon réalisé à la tournette. Par la technique de électromouillage, de proche en proche il est possible de déplacer les gouttes de liquides ioniques, et, éventuellement, de les réunir pour les mélanger, afin de réaliser des protocoles complexes. Le document [5] donne des exemples de mises en œuvre de séries d'électrodes adjacentes pour la manipulation d'une goutte dans un plan utilisables dans la présente invention. Ce type de déplacements peut être utilisé par exemple dans des dispositifs d'analyses biochimiques, chimiques ou biologiques dans le domaine médical, la surveillance environnementale, le contrôle qualité, etc.
Un déplacement par des forces diélectriques. Cette technique consiste à manipuler une interface entre deux fluides non miscibles. Le document
[17] décrit par exemple un dispositif à commande électrique de déplacement de liquide diélectrique utilisable dans la présente invention. Une goutte de liquide est placée entre deux plans comportant des couples d'électrodes. La goutte de liquide présente une permittivité supérieure à son environnement défini par l'espace entre les deux plans comportant les électrodes . Le déplacement est commandé électriquement en appliquant des tensions électriques aux couples d'électrodes. Une variante de cette technique, utilisable dans la présente invention est décrite dans le document [18] .
Un déplacement par gradient thermique ou par électrocapillarité, par exemple par la technique décrite dans le document [19] . La technique consiste à plonger une goutte de liquide ionique dans un gradient thermique. Il en résulte une circulation fluide à l'interface de la goutte par effet Marangonie. Cette circulation fluide provoque la mise en mouvement de la goutte.
Un déplacement par des ondes de pression ou ondes acoustiques, par exemple par la technique décrite dans le document [20] . La technique consiste propager des ondes acoustiques sur une surface hydrophobe. L'onde perturbe le mouillage de la goutte, et provoque son déplacement .
La présente invention permet la réalisation de réactions chimiques ou biochimiques dans des réacteurs sans paroi de faible volume. En outre, les liquides ioniques à tâches spécifiques permettent la réalisation de réactions chimiques avec la même réactivité qu'en solution. De plus, les réactions peuvent être suivies et la purification des produits réactionnels est aisée, par exemple après clivage. Avec le microréacteur goutte de la présente invention, il n'y a pas de bouchage de canaux, il n'y a pas de perte de charges en mode hydrodynamique, par exemple lorsque des pousse-seringues et des pompes sont utilisées et il n'y a pas de volumes morts comme avec les microréacteurs de l'art antérieur. En outre, contrairement aux canaux, avec la présente invention, il n'y a pas de problème de diffusion. Les réactions restent à concentration constantes et individualisées. De plus, le microsystème de la présente invention est un microsystème à faible coût de fabrication et compatible avec un environnement chimique agressif, notamment par les solvants utilisés, les températures de travail, les pressions, etc. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées.
Brève description des figures
Figure 1 : représentation schématique d'une réaction chimique et/ou biochimiques de fabrication d'un produit C dans un microréacteur goutte réalisée par le procédé de la présente invention par réunion d'une goutte de liquide ionique fonctionnalisé par une fonction A (LI A) et d'une goutte de liquide ionique matrice comprenant le réactif B.
Figure 2 : représentation schématique d'une réaction chimique et/ou biochimique de fabrication d'un produit E dans un microréacteur goutte réalisée par le procédé de la présente invention par réunion d'une goutte de liquide ionique fonctionnalisée (LI A) et d'une goutte de liquide ionique matrice comprenant le réactif B pour former le produit c immobilisé sur le liquide ionique (LI C) , puis par réunion de LI C avec une goutte de liquide ionique matrice comprenant le réactif D.
Figure 3 : représentation schématique du déplacement d'une goutte de liquide ionique par électromouillage pour mettre en œuvre le procédé de la présente invention.
Figure 4 : graphique représentant la trace d'un chromatogramme (A (absorbance) = f (temps en minutes) ) obtenu sur une goutte de liquide ionique à tâche spécifique avant mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique selon le procédé de la présente invention.
Figure 5 : graphique représentant la trace d'un chromatogramme (A = f (temps en minutes)) obtenu sur la goutte de liquide ionique à tâche spécifique de la figure 4, mais après réaction chimique ou biochimique et lavage selon le procédé de la présente invention.
Figure 6A-C : schéma d'un dispositif permettant de déplacer des gouttes de liquide ionique par électromouillage pour la mise en œuvre du procédé de la présente invention lorsqu'il comprend une étape de déplacement.
Figure 7 : graphique représentant la trace d'un chromatogramme (A = f (temps en minutes)) obtenu sur la goutte de liquide ionique à tâche spécifique lors d'une réaction de décrochage d'un produit de réaction fixé sur un liquide ionique après mise en œuvre d'un procédé de l'invention. - Figure 8 : spectre de spectrométrie obtenu dans l'exemple 4 (Intensité = f(m/z)) . EXEMPLES
Exemple 1 : Mise en œuvre du procédé de la présente invention avec déplacement des gouttes pour effectuer une chaîne à plusieurs réactions chimiques : cas de la réaction Grieco
Trois gouttes de liquides ioniques, chacune d'un volume de 0,5μl sont déposées sur une surface téflonnée de la chambre réactionnelle décrite dans le document [16] et schématisée sur les figures 3 et 6 annexée.
Les gouttes utilisées dans cet exemple ont la composition suivante : - goutte 1 : goutte d'acide 4-aminobenzoique supporté sur sel d'ammonium 1 (voir schéma réactionnel ci-dessous) en solution 1 M dans le [tmba] [NTf2] ; goutte 2 : goutte de 2 équivalents de 4- nitrobenzaldhéyde et 1,2 équivalent de TFA en solution de 0,5 M dans le [tmba] [NTf2] ; et goutte 3 : goutte de 10 équivalents de l'indène en solution de I M dans le [tmba] [NTf2] .
La technique de déplacement des gouttes utilisée dans cet exemple est une technique de déplacement par électromouillage dont le fonctionnement est schématisé sur la figure 6 (une seule goutte est représentée sur la figure 6) : le support (S) est structuré de manière à comporter un réseau d'électrodes (E) , une couche diélectrique (D) , une couche hydrophobe
(H) et des moyens de connections (Co) reliés à un générateur électrique (V) . Les gouttes (G) reposent sur le réseau d'électrodes (figure 6A), dont .elles sont isolées par la couche diélectrique et la couche hydrophobe.
Lorsqu'une des électrodes, à proximité de la goutte, est activée, la couche diélectrique et la couche hydrophobe entre l'électrode activée et la goutte sous tension agit comme une capacité, la surface se charge et la goutte polarisée en permanence par une contre électrode, agissant comme une capacité, les effets de charge électrostatique induisent le déplacement de la goutte sur l'électrode activée. La contre électrode est indispensable au déplacement par électromouillage, elle maintient un contact électrique avec la goutte pendant son déplacement. Cette contre électrode est ici un caténaire (Ca) . Les électrodes sont réalisées par dépôt d'une couche d'or, par photolithographie. Le substrat est ensuite recouvert d'une couche de SiO2. Enfin, un dépôt d'une couche de téflon est effectué à la tournette.
La goutte est attirée de façon électrostatique sur la surface de cette électrode (figure 6B) . Ainsi, de proche en proche il est possible de déplacer les gouttes de liquides ioniques et aussi de les mélanger en activant sélectivement l'une ou l'autre des électrodes du réseau d'électrodes. Un caténaire (Ca) , disposé sur le support, permet de polariser la goutte. Dans cet exemple, les gouttes précitées sont déplacées pour être réunies successivement. La figure 3 est une représentation schématique du protocole mis en œuvre : la lêre goutte (1) est déplacée vers la 2ème (2) , la 2eme vers la lere et, après réunion de ces deux gouttes, la goutte (1+2) formée par leur mélange est déplacée vers la 3eme (3) goutte pour former une goutte (4).
Après fusion des trois gouttes, le mélange obtenu est incubé à température ambiante pendant 15 minutes. La réaction de Grieco est alors totale. Après réaction en goutte, la goutte (1,5 μl) est récupérée dans un tube eppendorf et lavée plusieurs fois avec de l'éther (3x20 μl) afin d'extraire du liquide ionique les produits en excès ou bien secondaires. L'éther solubilise ces produits, mais n'est pas miscible avec le liquide ionique choisi. Le liquide ionique est alors débarrassé des produits en excès ou bien secondaires.
La réaction chimique mise en oeuvre dans cet exemple est résumée par le schéma rëactionnel ci- dessous, dans lequel [btma] [NTf2] représente le liquide ionique matrice utilisé, et dans lequel TFA représente l'acide trifluoroacétique.
Le produit 2_ est clivé du support après une nuit d'incubation à température ambiante en présence d'une solution 7N de NH3 dans le mëthanol. Ainsi, sur le schéma réactionnel ci-dessus, le traitement X comprend les étapes successives suivantes :
1) Lavage à l'êther ;
2) NH3/MeOH, à température ambiante (T° A) ; et 3) Extraction à l'éther après évaporation du méthanol.
Une analyse HPLC de la réaction en phase inverse met en évidence l'apparition du produit final avec un temps de rétention différent de celui observé pour le sel fonctionnalisé de départ.
Les conditions d'analyse HPLC utilisées étaient les suivantes :
• Colonne : Nova-Pak (marque déposée) Ci8, Colonne de 3,9 x 150 mm, Part N° WAT 086344,
Waters (marque de commerce)
• Conditions :
CH3CN/H2O : 2:1
CH3CN HPLC (Carlo Erba - (marque de commerce) )
Solution d'H20 composée de 20 mmoles d'acétate d'ammonium et 1 % d'acide acétique λ = 254 ntn Flux = 1,5 ml/minute
Pression : 9,58xlO5 à 10,07xl05 Pa (1390- 1460 Psi) - Température de la colonne : 300C
La figure 4 est la trace du chromatogramme obtenu sur la goutte de liquide ionique (1) à tâche spécifique avant mise en œuvre de la réaction chimique. La figure 5 est la trace du chromatogramme obtenu sur la goutte de liquide ionique (4) après réaction chimique et lavages.
La figure 7 est la trace du chromatogramme permettant un suivi du clivage réalisé au moyen du traitement X permettant de libérer le produit de la réaction. On observe la disparition du produit 2_ dont le temps de rétention est 3,65 min et l'apparition de 3_ à 3,06 min. Sur cette figure, en traits continu, le tracé obtenu après trois heures de contact avec NH3/MeOH : mélange de produit de départ et de produit trans-estérifié ; en traits discontinus, la réaction de trans-estérification terminée (et donc de décrochage du liquide ionique) après une nuit de réaction (12 heures) , le produit de départ n'est plus détectable.
Exemple 2 : Réaction de détritylation mise en œuvre selon le procédé de la présente invention
Deux gouttes de liquide ionique matrice ( [btma] [NTF2]) de 0, 5 μl chacune, sont déposées sur la surface téflonnée de la chambre réactionnelle décrite dans le document [16] . Chacune des gouttes contient un réactif : la goutte n°l contient une base thymidine tritylée et la goutte n°2 contient de l'acide dichloroacétique.
La goutte n°l est mise à converger vers l'autre goutte en utilisant la technique d'électromouillage. La tension appliquée est de 45 V.
Après fusion des deux gouttes, le mélange est incubé à température ambiante pendant 5 minutes . Une coloration orangée de la goutte met en évidence la formation du produit recherché.
La réaction chimique mise en oeuvre est la suivante :
produit orange
Dans laquelle DCA est de l'acide dichloracétique, et EWOD représente le déplacement par électromouillage.
Exemple 3 : Mise en œuvre d'une réaction enzymatique
Un premier mélange réactionnel est préparé comme suit : tampon phosphate-citrate 50 mM pH 6,5 (10ml) , o-phénylène diamine (OPD, 20 mg) et eau oxygénée (4 μl) . Une goutte de ce mélange d'un volume de 0, 5 μl est dissout dans du liquide ionique matrice ( [btma] [NTF2] ) (0,5 μl) .
Un deuxième mélange réactionnel est préparé comme suit : liquide ionique matrice ( [btma] [NTF2] ) (0,9 μl) et horse radish peroxidase (0,1 μl à 20 μM) .
Une goutte (0,5 μl) de chacun des mélanges est déposée sur la surface téflonnée de la chambre réactionnelle utilisée dans les exemples 1 et 2 ci- dessus.
La goutte n°2 est mise à converger vers l'autre goutte en utilisant la technique d'électromouillage. La tension appliquée est de 45 V.
Après fusion des deux gouttes, le mélange est incubé à température ambiante pendant 20 minutes.
Une coloration marron caractéristique de la réaction enzymatique de formation du 2,3- diaminophénazine est observée.
Exemple 4 : Mise en œuvre du procédé de la présente invention avec déplacement des gouttes pour effectuer une réaction de réduction
Deux gouttes de liquides ioniques chacune d'un volume de 0,3 μl sont déposées sur une surface téflonnée de la chambre réactionnelle décrite dans le document [16] et schématisée sur les figures 3 et 6 annexées .
Les gouttes utilisées dans cet exemple ont la composition suivante : l'
- goutte 1 : goutte d'aldéhyde supporté sur un sel d'ammonium 4_ (voir schéma réactionnel ci- dessous) en solution [0,5 M] dans [bmim] [BF4] ;
- goutte 2 : goutte de BH3.pyridine (10 équivalents) dans [bmim] [BF4].
Les gouttes sont ensuite mises à converger l'une vers l'autre par électromouillage en appliquant une tension de 55 V. Après fusion des gouttes, le mélange obtenu est incubé à température ambiante (18-250C) pendant 2 heures.
Après réaction en goutte, la goutte (0,6 μl) est récupérée dans un tube Eppendorf (marque déposée) et lavée plusieurs fois à éther (3x20 μl) afin d'extraire du liquide ionique les produits en excès ou bien secondaires. L'éther solubilise ces produits mais n'est pas miscible avec le liquide ionique choisi.
Puis le mélange est alors injecté en spectrométrie de masse (« electrospray ») et mode positif. Le spectre réprésenté sur la figure 8 annexée est ainsi obtenu montrant à 252,2 uma l'ion moléculaire correspondant à l'alcool _5 issu de la réduction de l'aldéhyde. Les pics à 139,3, 365,5 et 478,5 correspondent respectivement aux ions bmim+-, [2bmim, BF4 ']+- et à l'adduit [alcool 5, bmim, BF4 ~]+- . Schéma réactionnel de l'exemple 4
NTf2." NTf2;
LISTE DES REFERENCES
[I] P.D.I. Fletcher et al, Lab on a chip, 2003, 309- 333.
[2] K. Jahnisch et al, Angew. Chem.Int. Ed., 2004, 43, 406-446.
[3] S.J.Haswell and P. Watts, GB-A-2 387 382.
[4] Tomohiro Taniguchi, Toru Torii, Toshiro Higuchi, Lab on a chip, 2002, 2, 19-23.
[5] M.G. Pollack et al, Microtas 2003, vol.l, p.619.
[6] Linstrom, chem rev, 2002, 102, 2751-2772.
[7] S. R. Wilson and A Czarnik, "Combinatorial Chemistry : Synthesis and Aplication" ; John Wiley and Sons New York, 1997;
[8] D.G. Gravet and K.D. Janda, Chem. Rev., 1997, 97, 489-510.
[9] T. Welton, Chemical Reviews, 1999, 99(8), 2071- 2083.
[10] S. Gmouth, M. Vaultier, FR-A-2 845 084 (WO 2004029004) .
[II] Angew. Chem.Int. Ed. Engl. , 1996, 35, 2288-2337
(Balkenhohl et al, Revue) .
[12] "Journal of Molecular Catalysts A: chemical, 2004, 214, 1, pll3-119 (Vaultier et al) [13] JACS, 2003, 125, 9248-9249 (J.C. Guillemin et al) . [14] "Advanced Organic Chemistry, Reactions,
Mechanisms and structures, Jerry March, Fourth édition, Wiley New York, 1992.
[15] "Actualité chimique, août-septembre 1998, p442
(J. Simonet) . [16] Y. Fouillet, R. Charles, O . Constantin, H.
Jeanson, WO-A-02/061438 (FR-A-2 841 063) .
[17] J.P. Pesant, M. Hareng, FR-A-2 548 431.
[18] J.A. Schwartz, J ; V. Vykoukal and P. R. C. Gascoyne, "Droplet-based Chemistry on a programmable micro-chip", Lab-on-a-chip, 2004, 4.
[19] Yarin A.L.,Liu W., Reneker D.H. J. Appl .Phys. Vol. 91, No.7, 4751-4760 (2002) .
[20] A.Wixforth, J.Scriba, C. Gauer; MST-NEWS, 5-2002.

Claims

REVENDICATIONS
1. Microréacteur caractérisé en ce qu'il est constitué d'une goutte comprenant au moins un liquide ionique.
2. Microréacteur selon la revendication 1, dans lequel le liquide ionique comprend un solvant.
3. Microréacteur selon la revendication 1, dans lequel le liquide ionique comprend au moins un réactif.
4. Microréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un liquide ionique est un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé.
5. Microréacteur selon la revendication 4, comprenant : en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou en plus - du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé.
6. Microréacteur selon la revendication 1, dans lequel la goutte a un volume de 1 pi à 10 μl .
7. Microrëacteur selon la revendication 1, dans lequel le, au moins un, liquide ionique est choisi parmi un sel d'ammonium, un sel de phosphonium, un sel d' imidazolium, un sel d'onium ou un mélange de ces sels.
8. Procédé de mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une goutte d'au moins un liquide ionique sur une surface ; introduction dans le, au moins un, liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte, d'au moins un réactif chimique ou biochimique, faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans ladite goutte, le réactif avec le liquide ionique et/ou les réactifs entre eux.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la goutte de liquide ionique comprend un solvant.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel ledit, au moins un, liquide ionique comprend un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la goutte comprend : en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé.
12. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la goutte a un volume de 1 pi à 10 μl .
13. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le liquide ionique est choisi parmi un sel d'ammonium, un sel de phosphonium, un sel d' imidazolium, un sel d'onium ou un mélange de ces sels.
14. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la goutte est déposée sur la surface par une technique choisie dans le groupe comprenant un dépôt manuel, un dépôt par un dispenseur de gouttes automatisé ou non, un dépôt par fractionnement d'une goutte plus grosse déposée sur la surface.
15. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la surface est une surface d'un laboratoire sur puce.
16. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la surface est une surface en téflon.
17. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre une étape consistant à déplacer sur la surface la goutte de liquide ionique par une technique choisie parmi un déplacement mécanique, un déplacement électrostatique, un déplacement thermique ou un déplacement acoustique.
18. Procédé de mélange de gouttes de liquide ionique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une première goutte d'au moins un premier liquide ionique sur une surface ; - dépôt d'une deuxième goutte d'au moins un deuxième liquide ionique sur ladite surface ; éventuellement introduction dans le premier liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un premier réactif chimique ou biochimique ; éventuellement introduction dans le deuxième liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un deuxième réactif chimique ou biochimique ; - réunion de la première goutte et de la deuxième goutte de manière à former une seule goutte.
19. Procédé de mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une première goutte d'au moins un premier liquide ionique sur une surface ; dépôt d'une deuxième goutte d'au moins un deuxième liquide ionique sur ladite surface ; - introduction dans le premier liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un premier réactif chimique ou biochimique ; introduction dans le deuxième liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un deuxième réactif chimique ou biochimique ; réunion, sur ladite surface, de la première goutte et de la deuxième goutte de manière à former une seule goutte ; et faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans la goutte formée par la première et la deuxième gouttes réunies, ledit premier réactif avec ledit deuxième réactif.
20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la goutte du premier liquide ionique comprend un solvant.
21. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel le premier liquide ionique comprend au moins un réactif.
22. Procédé selon l'une des revendications 18 à 21, dans lequel ledit, au moins un, premier liquide ionique et ledit, au moins un, deuxième liquide ionique sont indépendamment choisis parmi un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé.
23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel le premier liquide ionique comprend : en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé.
24. Procédé selon la revendication 22 ou 23, dans lequel le deuxième liquide ionique comprend : en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou - en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé.
25. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la première goutte et la deuxième goutte sont identiques ou différentes et ont chacune un volume de 1 ni à 10 μl .
26. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel le premier et le deuxième liquides ioniques sont chacun, indépendamment l'un de l'autre, choisi parmi un sel d'ammonium, un sel de phosphonium, un sel d' imidazolium, un sel d'onium ou un mélange de ces sels.
27. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la première et/ou la deuxième goutte est
(sont) déposée (s) sur la surface par une technique choisie dans le groupe comprenant un dépôt manuel, un dépôt par un dispenseur de gouttes automatisé ou non, un dépôt par fractionnement d'une goutte plus grosse déposée sur la surface.
28. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la surface est une surface d'un laboratoire sur puce.
29. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la surface est une surface en téflon.
30. Procédé selon la revendication 18 ou 19, comprenant en outre une étape consistant à déplacer sur la surface la première goutte de liquide ionique et/ou la deuxième goutte de liquide ionique par une technique choisie parmi un déplacement mécanique, un déplacement électrostatique, un déplacement thermique ou un déplacement acoustique.
31 Utilisation d'un procédé selon la revendication 18 dans un procédé de mise en oeuvre d'une réaction chimique ou biochimique.
32. Procédé selon la revendication 8, 19 ou 31, dans lequel la réaction chimique ou biochimique est une réaction choisie dans le groupe constitué d'une réaction de synthèse, d'une réaction d'immobilisation de molécules chimiques ou biologiques sur la surface, d'une réaction enzymatique, d'une réaction d'hétérogénéisation de catalyseurs, d'une réaction de catalyse, et d'une réaction électrochimique.
33 Utilisation d'un procédé selon la revendication 8, 19 ou 31 dans un procédé d'optimisation d'une réaction chimique ou biochimique.
34. Laboratoire sur puce comprenant au moins un microréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
EP05790710A 2004-07-08 2005-07-05 Microreacteur goutte Withdrawn EP1771244A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0407623A FR2872715B1 (fr) 2004-07-08 2004-07-08 Microreacteur goutte
PCT/FR2005/050544 WO2006018560A1 (fr) 2004-07-08 2005-07-05 Microreacteur goutte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1771244A1 true EP1771244A1 (fr) 2007-04-11

Family

ID=34946983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05790710A Withdrawn EP1771244A1 (fr) 2004-07-08 2005-07-05 Microreacteur goutte

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20080124252A1 (fr)
EP (1) EP1771244A1 (fr)
JP (1) JP2008505747A (fr)
FR (1) FR2872715B1 (fr)
WO (1) WO2006018560A1 (fr)

Families Citing this family (109)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2594483C (fr) 2005-01-28 2014-08-26 Duke University Appareils et procedes de manipulation de gouttelettes sur une carte de circuits imprimes
JP2008539759A (ja) 2005-05-11 2008-11-20 ナノリティックス・インコーポレイテッド 多数の温度で生化学的又は化学的な反応を実施する方法及び装置
US7605984B2 (en) * 2005-09-21 2009-10-20 National Tsing Hua University Lens with adjustable focal length
US20140193807A1 (en) 2006-04-18 2014-07-10 Advanced Liquid Logic, Inc. Bead manipulation techniques
US9476856B2 (en) 2006-04-13 2016-10-25 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet-based affinity assays
WO2007123908A2 (fr) 2006-04-18 2007-11-01 Advanced Liquid Logic, Inc. Opérations en puits multiples à base de gouttelettes
US8637324B2 (en) 2006-04-18 2014-01-28 Advanced Liquid Logic, Inc. Bead incubation and washing on a droplet actuator
US7901947B2 (en) * 2006-04-18 2011-03-08 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet-based particle sorting
US10078078B2 (en) 2006-04-18 2018-09-18 Advanced Liquid Logic, Inc. Bead incubation and washing on a droplet actuator
US8980198B2 (en) * 2006-04-18 2015-03-17 Advanced Liquid Logic, Inc. Filler fluids for droplet operations
US8716015B2 (en) * 2006-04-18 2014-05-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Manipulation of cells on a droplet actuator
US8658111B2 (en) 2006-04-18 2014-02-25 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuators, modified fluids and methods
US7727723B2 (en) 2006-04-18 2010-06-01 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet-based pyrosequencing
US7439014B2 (en) 2006-04-18 2008-10-21 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet-based surface modification and washing
US8809068B2 (en) 2006-04-18 2014-08-19 Advanced Liquid Logic, Inc. Manipulation of beads in droplets and methods for manipulating droplets
US8927296B2 (en) * 2006-04-18 2015-01-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Method of reducing liquid volume surrounding beads
WO2009111769A2 (fr) 2008-03-07 2009-09-11 Advanced Liquid Logic, Inc. Réactif et préparation et chargement d’un échantillon sur un dispositif fluidique
FR2901884B1 (fr) * 2006-05-31 2008-09-05 Commissariat Energie Atomique Procede, dispositif et systeme de microanalyse d'ions
CN100542663C (zh) * 2006-12-22 2009-09-23 中国科学院过程工程研究所 一种永磁体旋转搅拌装置
WO2008091848A2 (fr) * 2007-01-22 2008-07-31 Advanced Liquid Logic, Inc. Chargement de fluide assisté en surface et distribution de gouttelette
EP2573562A3 (fr) * 2007-02-09 2013-10-30 Advanced Liquid Logic, Inc. Dispositifs actionneurs de gouttelettes et procédés utilisant des billes magnétiques
WO2008101194A2 (fr) 2007-02-15 2008-08-21 Advanced Liquid Logic, Inc. Détection de capacité sur un actuateur goutte
US8440392B2 (en) 2007-03-22 2013-05-14 Advanced Liquid Logic Inc. Method of conducting a droplet based enzymatic assay
WO2011084703A2 (fr) 2009-12-21 2011-07-14 Advanced Liquid Logic, Inc. Analyses d'enzymes sur un diffuseur à gouttelettes
WO2008124846A2 (fr) * 2007-04-10 2008-10-16 Advanced Liquid Logic, Inc. Dispositif de distribution de gouttelettes et procédés
US8951732B2 (en) 2007-06-22 2015-02-10 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet-based nucleic acid amplification in a temperature gradient
JP5302966B2 (ja) * 2007-08-24 2013-10-02 アドヴァンスト リキッド ロジック インコーポレイテッド 液滴アクチュエータでのビーズ操作
US8702938B2 (en) 2007-09-04 2014-04-22 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator with improved top substrate
WO2009052095A1 (fr) * 2007-10-17 2009-04-23 Advanced Liquid Logic, Inc. Stockage de réactif et reconstitution pour un dispositif de manipulation de gouttelettes
US20100236928A1 (en) * 2007-10-17 2010-09-23 Advanced Liquid Logic, Inc. Multiplexed Detection Schemes for a Droplet Actuator
US20100236929A1 (en) * 2007-10-18 2010-09-23 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet Actuators, Systems and Methods
EP2232535A4 (fr) * 2007-12-10 2016-04-13 Advanced Liquid Logic Inc Configurations d'actionneur de gouttelette et procédés
KR20100100974A (ko) * 2007-12-23 2010-09-15 어드밴스드 리퀴드 로직, 아이엔씨. 액적 작업들을 수행하는 액적 작동기 구성부 및 방법
US8852952B2 (en) 2008-05-03 2014-10-07 Advanced Liquid Logic, Inc. Method of loading a droplet actuator
US20110097763A1 (en) * 2008-05-13 2011-04-28 Advanced Liquid Logic, Inc. Thermal Cycling Method
US8093064B2 (en) * 2008-05-15 2012-01-10 The Regents Of The University Of California Method for using magnetic particles in droplet microfluidics
US8877512B2 (en) * 2009-01-23 2014-11-04 Advanced Liquid Logic, Inc. Bubble formation techniques using physical or chemical features to retain a gas bubble within a droplet actuator
US8926065B2 (en) 2009-08-14 2015-01-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator devices and methods
US8846414B2 (en) 2009-09-29 2014-09-30 Advanced Liquid Logic, Inc. Detection of cardiac markers on a droplet actuator
US9005544B2 (en) * 2009-10-15 2015-04-14 The Regents Of The University Of California Digital microfluidic platform for radiochemistry
US9091649B2 (en) 2009-11-06 2015-07-28 Advanced Liquid Logic, Inc. Integrated droplet actuator for gel; electrophoresis and molecular analysis
EP2504454B1 (fr) * 2009-11-23 2018-11-21 Bayer CropScience NV Événement élite ee-gm3 et procédés et ensembles pour identifier un tel événement dans des échantillons biologiques
NZ600375A (en) * 2009-11-23 2014-10-31 Bayer Cropscience Nv Herbicide tolerant soybean plants and methods for identifying same
DK2539450T3 (da) 2010-02-25 2016-05-30 Advanced Liquid Logic Inc Fremgangsmåde til fremstilling af nukleinsyrebiblioteker
US8262880B2 (en) * 2010-03-09 2012-09-11 Empire Technology Development Llc Electrokinetic pumping of nonpolar solvents using ionic fluid
US9248450B2 (en) 2010-03-30 2016-02-02 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet operations platform
US20190300945A1 (en) 2010-04-05 2019-10-03 Prognosys Biosciences, Inc. Spatially Encoded Biological Assays
AU2011237729B2 (en) 2010-04-05 2014-04-03 Prognosys Biosciences, Inc. Spatially encoded biological assays
US10787701B2 (en) 2010-04-05 2020-09-29 Prognosys Biosciences, Inc. Spatially encoded biological assays
WO2012012090A2 (fr) 2010-06-30 2012-01-26 Advanced Liquid Logic, Inc. Ensembles actionneurs à gouttelettes et leurs procédés de fabrication
WO2012068055A2 (fr) 2010-11-17 2012-05-24 Advanced Liquid Logic, Inc. Détection de capacité dans un organe de commande de gouttelettes
GB201106254D0 (en) 2011-04-13 2011-05-25 Frisen Jonas Method and product
EP2705374A4 (fr) 2011-05-02 2014-11-12 Advanced Liquid Logic Inc Plate-forme de diagnostic moléculaire
US9188615B2 (en) 2011-05-09 2015-11-17 Advanced Liquid Logic, Inc. Microfluidic feedback using impedance detection
CA2833907A1 (fr) 2011-05-10 2012-11-15 Advanced Liquid Logic, Inc. Concentration d'enzymes et dosages
US8901043B2 (en) 2011-07-06 2014-12-02 Advanced Liquid Logic, Inc. Systems for and methods of hybrid pyrosequencing
AU2012279420A1 (en) 2011-07-06 2014-01-30 Advanced Liquid Logic Inc Reagent storage on a droplet actuator
WO2013009927A2 (fr) 2011-07-11 2013-01-17 Advanced Liquid Logic, Inc. Actionneurs de gouttelettes et techniques pour dosages à base de gouttelettes
US9446404B2 (en) 2011-07-25 2016-09-20 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator apparatus and system
JP5823778B2 (ja) * 2011-08-29 2015-11-25 国立大学法人京都大学 媒体の加熱方法
WO2013078216A1 (fr) 2011-11-21 2013-05-30 Advanced Liquid Logic Inc Dosages de la glucose-6-phosphate déshydrogénase
US9223317B2 (en) 2012-06-14 2015-12-29 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuators that include molecular barrier coatings
JP6222671B2 (ja) 2012-06-27 2017-11-01 アドバンスト リキッド ロジック インコーポレイテッドＡｄｖａｎｃｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｏｇｉｃ， Ｉｎｃ． 泡形成を低減するための技術および液滴アクチュエーターの設計
US9396984B2 (en) 2012-09-05 2016-07-19 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method of producing a microelectronic device in a monocrystalline semiconductor substrate with isolation trenches partially formed under an active region
US9437474B2 (en) 2012-09-05 2016-09-06 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternative Method for fabricating microelectronic devices with isolation trenches partially formed under active regions
US9863913B2 (en) 2012-10-15 2018-01-09 Advanced Liquid Logic, Inc. Digital microfluidics cartridge and system for operating a flow cell
US9593365B2 (en) 2012-10-17 2017-03-14 Spatial Transcriptions Ab Methods and product for optimising localised or spatial detection of gene expression in a tissue sample
DK3013983T3 (da) 2013-06-25 2023-03-06 Prognosys Biosciences Inc Spatialt kodede biologiske assays ved brug af en mikrofluidisk anordning
EP3033599A4 (fr) 2013-08-13 2017-03-22 Advanced Liquid Logic, Inc. Procédés d'amélioration de la précision et de l'exactitude du comptage de gouttelettes faisant appel à un réservoir sur actionneur comme entrée de fluide
JP2016539343A (ja) 2013-08-30 2016-12-15 イルミナ インコーポレイテッド 親水性または斑状親水性表面上の液滴の操作
CA3060708A1 (fr) 2014-04-29 2015-11-05 Illumina, Inc Analyse de l'expression de genes de cellules isolees multiplexees par commutation de matrice et fragmentation et etiquetage (tagmentation)
KR20170066540A (ko) 2014-10-09 2017-06-14 일루미나, 인코포레이티드 액체 중 적어도 하나를 효과적으로 격리시키기 위해 비혼화성 액체를 분리하기 위한 방법 및 디바이스
TWI721545B (zh) 2014-12-08 2021-03-11 美商柏克萊燈光有限公司 側向式/垂直式電晶體結構及其製造與使用方法
BR112017017025B1 (pt) 2015-02-10 2024-01-02 Illumina, Inc Métodos e composições para analizar componentes celulares
US10576471B2 (en) 2015-03-20 2020-03-03 Illumina, Inc. Fluidics cartridge for use in the vertical or substantially vertical position
CN120425026A (zh) 2015-04-10 2025-08-05 十程基因技术瑞典公司 生物样本的空间区别、多重核酸分析
SG11201708429WA (en) 2015-04-22 2017-11-29 Berkeley Lights Inc Microfluidic cell culture
JP2018518157A (ja) 2015-05-11 2018-07-12 イラミーナ インコーポレーテッド 治療薬剤の発見および分析のためのプラットフォーム
GB2556713B (en) 2015-07-06 2021-06-23 Illumina Inc Balanced AC modulation for driving droplet operations electrodes
ES2868195T3 (es) 2015-08-14 2021-10-21 Illumina Inc Sistemas y métodos que utilizan sensores magnéticamente sensibles para determinar una característica genética
AU2016316773B2 (en) 2015-08-28 2020-01-30 Illumina, Inc. Nucleic acid sequence analysis from single cells
CN107921432A (zh) 2015-09-02 2018-04-17 伊卢米纳剑桥有限公司 改善流控系统中的液滴操作的系统和方法
SG11201803293SA (en) 2015-10-22 2018-05-30 Illumina Inc Filler fluid for fluidic devices
US10799865B2 (en) 2015-10-27 2020-10-13 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic apparatus having an optimized electrowetting surface and related systems and methods
US10377538B2 (en) 2015-12-01 2019-08-13 Illumina, Inc. Liquid storage and delivery mechanisms and methods
US11203016B2 (en) * 2015-12-01 2021-12-21 Illumina, Inc. Digital microfluidic system for single-cell isolation and characterization of analytes
WO2017176896A1 (fr) 2016-04-07 2017-10-12 Illumina, Inc. Procédés et systèmes de construction de banques d'acides nucléiques normalisées
IL263274B2 (en) 2016-05-26 2023-10-01 Berkeley Lights Inc Covalently adapted surfaces, kits and methods for their production and uses
WO2018200640A1 (fr) * 2017-04-25 2018-11-01 The University Of Akron Dispositif de coalescence par électromouillage à couches poreuses
IL276343B2 (en) 2018-01-29 2024-10-01 St Jude Childrens Res Hospital Inc Method for nucleic acid amplification
SG11202104544WA (en) 2018-11-19 2021-06-29 Berkeley Lights Inc Microfluidic device with programmable switching elements
WO2020167574A1 (fr) 2019-02-14 2020-08-20 Omniome, Inc. Atténuation d'impacts défavorables de systèmes de détection sur des acides nucléiques et d'autres analytes biologiques
CA3149610A1 (fr) 2019-07-31 2021-02-04 BioSkryb Genomics, Inc. Analyse de cellules uniques
WO2021102134A1 (fr) 2019-11-20 2021-05-27 E Ink Corporation Couches hydrophobes spatialement variables pour la microfluidique numérique
WO2021146573A1 (fr) 2020-01-17 2021-07-22 E Ink Corporation Couches diélectriques variables spatialement pour la microfluidique numérique
US11946901B2 (en) 2020-01-27 2024-04-02 Nuclera Ltd Method for degassing liquid droplets by electrical actuation at higher temperatures
US12110541B2 (en) 2020-02-03 2024-10-08 10X Genomics, Inc. Methods for preparing high-resolution spatial arrays
KR20220141862A (ko) 2020-02-18 2022-10-20 뉴클라 뉴클레익스 리미티드 전기습윤 장치 구동을 위한 적응형 게이트 구동
JP2023514278A (ja) 2020-02-19 2023-04-05 ヌークレラ ヌクリークス， リミテッド ＥＷｏＤアレイの高周波数ＡＣ駆動のためのラッチ付きトランジスタ駆動
WO2021222061A1 (fr) 2020-04-27 2021-11-04 Nuclera Nucleics Ltd. Plaque supérieure segmentée pour entraînement variable et protection courte destinée à la microfluidique numérique
JP7479606B2 (ja) * 2020-05-19 2024-05-09 国立研究開発法人産業技術総合研究所 放射性組成物の製造方法
US12031177B1 (en) 2020-06-04 2024-07-09 10X Genomics, Inc. Methods of enhancing spatial resolution of transcripts
JP2023537701A (ja) * 2020-07-31 2023-09-05 １２１９８７０３ カナダ エルティーディー． 指向性化学反応速度論
WO2022051703A1 (fr) 2020-09-04 2022-03-10 Baebies, Inc. Dosage microfluidique de bilirubine non liée
TW202228845A (zh) 2020-10-08 2022-08-01 英商核酸有限公司 微流體系統中試劑特異驅動ewod（介電質上電潤濕）陣列的方法
KR20230113559A (ko) 2020-11-04 2023-07-31 뉴클레라 리미티드 디지털 미세유체 디바이스들을 위한 유전층들
CN118369160A (zh) 2021-06-02 2024-07-19 贝比斯股份有限公司 数字微流体的微区域热控制
CN116550252B (zh) * 2023-05-31 2025-07-22 北京化工大学 一种基于液滴网络的微反应器及其制备方法
US20250060333A1 (en) 2023-08-16 2025-02-20 E Ink Corporation Devices, methods, and systems for visualizing electrowetting pathing using electrophoretic materials

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020010291A1 (en) * 1998-12-04 2002-01-24 Vince Murphy Ionic liquids and processes for production of high molecular weight polyisoolefins
KR100649342B1 (ko) * 2000-10-30 2006-11-27 시쿼넘, 인코포레이티드 기판 상으로 서브마이크로리터 볼륨들을 전달하기 위한 방법 및 장치
DE10100455A1 (de) * 2001-01-08 2002-07-11 Creavis Tech & Innovation Gmbh Neuartige Polymerbindersysteme mit ionischen Flüssigkeiten
US20030119193A1 (en) * 2001-04-25 2003-06-26 Robert Hess System and method for high throughput screening of droplets
JP4014418B2 (ja) * 2002-02-14 2007-11-28 セントラル硝子株式会社 電気化学ディバイス
US7147763B2 (en) * 2002-04-01 2006-12-12 Palo Alto Research Center Incorporated Apparatus and method for using electrostatic force to cause fluid movement
US7364647B2 (en) * 2002-07-17 2008-04-29 Eksigent Technologies Llc Laminated flow device
FR2845084B1 (fr) * 2002-09-26 2009-07-17 Centre Nat Rech Scient Compositions contenant des liquides ioniques et leurs utilisations, notamment en synthese organique

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006018560A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2872715B1 (fr) 2006-11-17
FR2872715A1 (fr) 2006-01-13
JP2008505747A (ja) 2008-02-28
WO2006018560A1 (fr) 2006-02-23
US20080124252A1 (en) 2008-05-29
US20140322767A1 (en) 2014-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2006018560A1 (fr) Microreacteur goutte
Joshi et al. Recent advances of ionic liquids in separation science and mass spectrometry
EP1868697B1 (fr) Procede d&#39;extraction d&#39;au moins un compose d&#39;une phase liquide comprenant un liquide ionique fonctionnalise, et systeme microfluidique pour la mise en oeuvre de ce procede
Dietz et al. Recent developments in solid-phase microextraction coatings and related techniques
Vičkačkaitė et al. Ionic liquids in microextraction techniques
Han et al. Application of ionic liquid in liquid phase microextraction technology
He et al. Recent advances in analytical chemistry—A material approach
Houlne et al. Confocal Raman microscopy for monitoring chemical reactions on single optically trapped, solid-phase support particles
Matsuzaki et al. Networked-Cage Microcrystals for Evaluation of Host–Guest Interactions
Greydanus et al. Controlling catalyst-phase selectivity in complex mixtures with amphiphilic janus particles
Zeger et al. Ionic liquids in analytical chemistry: fundamentals, technological advances, and future outlook
Xu et al. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in sediment by pressure-balanced cold fiber solid phase microextraction
Zhang et al. Surface-confined aqueous reversible addition–fragmentation chain transfer (SCARAFT) polymerization method for preparation of coated capillary leads to over 10 000 peptides identified from 25 ng HeLa digest by using capillary zone electrophoresis-tandem mass spectrometry
Djalali et al. Crown Ether‐Functionalized Complex Emulsions as an Artificial Adaptive Material Platform
Saglam et al. Direct determination of peroxide explosives on polycarbazole/gold nanoparticle-modified glassy carbon sensor electrodes imprinted for molecular recognition of TATP and HMTD
Peng et al. Dispersive solid‐phase extraction followed by vortex‐assisted dispersive liquid–liquid microextraction based on the solidification of a floating organic droplet for the determination of benzoylurea insecticides in soil and sewage sludge
Wei et al. Interfacial partitioning enhances microextraction by multicomponent nanodroplets
Li et al. Single molecule catch and release: potential-dependent plasmid DNA adsorption along chemically graded electrode surfaces
Bi et al. Strategy for allosteric analysis based on protein-patterned stationary phase in microfluidic chip
Lupo et al. Probing heterogeneity and bonding at silica surfaces through single-molecule investigation of base-mediated linkage failure
Stephens et al. Temperature-dependent constrained diffusion of micro-confined alkylimidazolium chloride ionic liquids
Zhen et al. Rapid in situ growth of oriented titanium‐nickel oxide composite nanotubes arrays coated on a nitinol wire as a solid‐phase microextraction fiber coupled to HPLC–UV
Takafuji et al. Preparation and characterization of a novel hydrophilic interaction/ion exchange mixed‐mode chromatographic stationary phase with pyridinium‐based zwitterionic polymer‐grafted porous silica
Hardcastle et al. Confocal Raman microscopy for pH-gradient preconcentration and quantitative analyte detection in optically trapped phospholipid vesicles
Nagl et al. Progress in microchip enantioseparations

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20061221

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES

17Q First examination report despatched

Effective date: 20120817

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180201