EP3148696B1 - Carte fluidique comportant un réservoir de stockage d'un fluide et une membrane hyper-élastique - Google Patents

Carte fluidique comportant un réservoir de stockage d'un fluide et une membrane hyper-élastique Download PDF

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EP3148696B1
EP3148696B1 EP15728778.0A EP15728778A EP3148696B1 EP 3148696 B1 EP3148696 B1 EP 3148696B1 EP 15728778 A EP15728778 A EP 15728778A EP 3148696 B1 EP3148696 B1 EP 3148696B1
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EP
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fluid
reservoir
fluidic
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Florian PINEDA
Frédéric Bottausci
Yves Fouillet
Laurent Malaquin
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • B01L2400/0683—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers mechanically breaking a wall or membrane within a channel or chamber

Definitions

  • the present invention relates to the field of fluidic cards, in particular microfluidic cards, provided for the storage of at least one fluid intended in particular to be delivered. It also relates to the field of real-time measurement techniques of the fluid storage volume in such fluidic boards.
  • the invention has applications in many fields, such as, among others, medical research, biology and pharmaceuticals. More specifically, it can be applied for drug delivery and as part of the "lab on a chip” concept (also known as “Lab on a Chip”), ie an integrated device bringing together , on a miniaturized substrate, one or more laboratory functions.
  • the invention thus proposes a fluidic card comprising a reservoir for storing at least one fluid and an associated hyper-elastic membrane, as well as a method for storing and delivering at least one fluid using such a card. fluidics.
  • German microfluidic companies ChipShop GmbH and ThinXXS Microtechnology AG market a solution with a fluid reservoir in the form of a blister pack (also called a "blister pack") intended to be actuated by the user.
  • a blister pack also called a "blister pack”
  • the patent application US 2011/0303306 A1 describes an example of such a solution.
  • the lid of the tank is stuck on the microfluidic card, and the user must press on the shell to put in motion the fluid.
  • the generated overpressure then makes it possible to tear the lid so that the fluid can circulate in the microfluidic card.
  • this solution has the disadvantage of not allowing to know precisely the injected volume of fluid in the microfluidic card because, when the user crushes the shell to release the fluid, a certain volume of this fluid remains in it.
  • the reservoir elasticity made of polydimethylsiloxane is used to actuate the fluid.
  • the solution is more particularly in the form of a cylindrical tank with an inlet valve and an outlet valve. When the outlet valve is closed and the inlet valve is open, it may be possible to inject the fluid into the reservoir and put it into overpressure by deformation of the PDMS during injection. Once the tank is overpressurized, the inlet valve is closed. Therefore, the volume of the tank is about twenty times larger than its initial volume. When the outlet valve is open, the resilience of the PDMS reservoir will cause the latter to return to its original shape, and the fluid will therefore be driven out of the reservoir and flow into the outlet channel.
  • the invention thus aims to at least partially remedy the needs mentioned above and the disadvantages relating to the achievements of the prior art.
  • the invention aims in particular to provide an alternative fluidic card solution for the storage and delivery of at least one fluid, including a reagent.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, a fluidic card comprising a rigid support in which is formed, in particular by machining, at least partially a storage tank of at least one fluid, in particular a reagent, the reservoir comprising an inlet orifice, formed, in particular by machining, at least partially in the rigid support, allowing fluid communication between the reservoir and a fluidic channel of the fluidic card, characterized in that the reservoir comprises an opening opening on the surface of the rigid support, the fluidic card further comprising a membrane of a hyper-elastic material forming a wall of said reservoir, the membrane being able to be reversibly deformed between a configuration storage of said at least one fluid, wherein the membrane is stretched by hyper-elastic deformation, and a rest configuration, that is to say its initial configuration before storage of said at least one fluid.
  • the membrane of a hyper-elastic material comprises means for measuring the deformation of the membrane.
  • These measuring means make it possible to determine, for example in real time, the volume of the reservoir when the membrane passes from its rest configuration to its storage configuration, or from its storage configuration to its rest configuration.
  • hyper-elastic material is meant that the material has a surface capable of reversibly passing from a first area to a second area, the second area being equal to 5 times, even 10 times, or even 50 time, the first area.
  • the invention it may be possible to store a large volume of fluid in the reservoir of the fluidic card, for example several hundred microliters, and also to store a large variety of different fluid volumes with the same reservoir.
  • the measuring means of the membrane of the fluidic card can make it possible to know in real time the volume of the reservoir and the volume of fluid discharged during delivery, so as to allow precise monitoring during the delivery of the fluid.
  • the movement of the fluid can also be carried out via the hyper-elastic membrane, and therefore without the use of a pump.
  • the fluidic card according to the invention can also fulfill a mixer function, thanks to the tank forming a variable volume reaction chamber. It may thus be possible to add one or more fluids, in particular reagents, during a reaction within the reservoir.
  • the principle of storage and delivery of the fluid according to the invention can also allow a saving of space on the fluidic card.
  • the fluidic card according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combinations.
  • the fluidic card may comprise a plurality of fluidic channels forming together a fluidic circuit of the card, of which at least one fluidic channel is in fluid communication with the reservoir through the inlet orifice of the reservoir.
  • rest configuration designates the configuration of the membrane in its initial state, before filling the reservoir with a fluid. In its rest configuration, the membrane is not deformed.
  • storage configuration should be understood in a broad sense. Thus, it designates any configuration in which fluid enters or is present in the reservoir through the inlet orifice.
  • storage configuration may therefore correspond to different degrees of storage, and therefore not necessarily to a maximum storage configuration (resulting from maximum deformation of the membrane).
  • the opening of the reservoir can extend parallel to the membrane.
  • the opening of the reservoir may have any shape, for example a circular shape.
  • the rigid support of the fluidic card can be made in one piece.
  • the rigid support may for example be a plastic support, for example selected from: polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, cycloolefin copolymer (COC), polyethylene terephthalate (PET), among others.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • COC cycloolefin copolymer
  • PET polyethylene terephthalate
  • the fluidic card may have dimensions similar or similar to the dimensions of a credit card. Its thickness may be sufficient to contain at least one fluidic channel, and possibly a fluidic network (comprising several fluidic channels).
  • the length and / or the width of the fluidic card may be between a few centimeters and a few decimetres, for example between 1 cm and 10 cm, or even 20 cm.
  • the thickness of the fluidic card may be between a few millimeters and a few centimeters, for example between, on the one hand, 1 mm or 5 mm and, on the other hand, 1 cm or 2 cm.
  • the reservoir may have a depth of, for example, between 100 and 800 ⁇ m, for example of the order of 500 ⁇ m.
  • depth refers to the thickness of material removed from the fluidic board to form the reservoir.
  • the reservoir may be circular and have a diameter for example between 8 and 16 mm, for example of the order of 12 mm.
  • the storage volume of the reservoir may for example be greater than or equal to 500 ⁇ L.
  • the membrane may for example be made of a hyper-elastic two-component polymer material, for example a silicone type Ecoflex® Supersoft 0050 or Dragon skin® FX Pro material.
  • the thickness of the membrane may for example be between 100 and 500 microns, for example of the order of 300 microns.
  • the means for measuring the deformation of the membrane can be used to determine the configuration of the membrane (storage configuration or rest configuration). They can also make it possible to evaluate the volume of the tank, because the membrane constitutes one of the walls of the tank. It is therefore possible to connect the volume of the tank to the shape of the membrane.
  • the means for measuring the deformation of the membrane may comprise electrical measurement means integrated into the membrane.
  • These electrical measuring means can especially include a strain gauge integrated in the membrane, including an electrical resistance.
  • a deformable electrical resistance in the membrane may make it possible to form a means for heating the volume of the tank. Such heating can thus allow, for example, the temperature rise of a reagent or the heating of a reaction taking place within the reservoir.
  • the means for measuring the deformation of the membrane may also comprise optical measuring means associated with the membrane.
  • optical measuring means comprise the measurement of an angle formed between the membrane and the plane of the rigid support, during the deformation of the membrane; and / or measuring the height, in particular the maximum height, of the membrane during its deformation; and / or measuring the variation in the dimensioning of one or more patterns formed on the membrane during its deformation.
  • the membrane may also include, especially in integration inside thereof, magnetic means, in particular a magnetic deformable coil, allowing for example the manipulation of one or more magnetic objects present in the tank.
  • the membrane may also comprise particles sensitive to magnetic and / or electric fields, so that the deformation of the membrane may be achieved by the application of a magnetic and / or electric field at the level thereof, for example the bringing together a magnet.
  • the deformed membrane can also serve as an optical lens, with a focus at a different height depending on the height of the membrane during deformation.
  • the fluidic card may further comprise an enclosure superimposed on the reservoir and the membrane and defining a chamber between the membrane and the enclosure.
  • the fluidic card may likewise include means for controlling the internal pressure in the chamber making it possible to regulate the rate of deformation of the membrane.
  • the inlet orifice of the reservoir may also be in fluid communication with a fluidic channel of the fluidic card, comprising an inlet valve and an outlet valve, the control of the inlet and outlet valves associated with the means of control of the internal pressure in the chamber for forming a pumping system of said at least one fluid.
  • the inlet port may also be closed by a septum to be pierced during the transition from the storage configuration to the rest configuration of the membrane.
  • the fluidic card and the method of storage and delivery according to the invention may comprise any of the features set forth in the description, taken alone or in any technically possible combination with other characteristics.
  • FIGS. 1A to 1E there are illustrated, in section and in part, different steps of the operation of an exemplary fluidic card 1 according to the invention. It should be noted, however, that the measuring means 8 of the membrane 7 are not represented on the FIGS. 1A to 1E but are described later with reference to the figure 2 .
  • the fluidic card 1 is in particular a microfluidic card that can be applied for the delivery of reagents or drugs, and serve for example as a laboratory-on-a-chip.
  • It comprises a rigid support 2 made of plastic and in a single block, and a reservoir 3 for storing at least one fluid F, formed by machining in the thickness of the rigid support 2.
  • the reservoir 3 comprises an inlet orifice 4, formed in the rigid support 2, allowing fluid communication between the reservoir 3 and the outside of the reservoir 3, for example with a fluidic channel 5 of the fluidic card 1, as shown on FIG. the Figures 3B , 4 or 6 for example.
  • the reservoir 3 further includes an opening 6 formed on the surface S of the rigid support 2, and the fluidic card 1 further comprises a membrane 7 made of a hyper-elastic material disposed on the surface S of the rigid support 2.
  • the membrane 7 may extend over the entire surface S of the rigid support 2, or only partially. In any case, the membrane 7 extends at least over the opening 6 of the reservoir 3. The membrane 7 thus allows the tank 3 to be closed from above. In other words, the membrane 7 constitutes a deformable wall of the tank 3.
  • the opening 6 of the reservoir 3 has for example a round shape and extends along its largest dimension corresponding to its width L substantially parallel to the membrane 7.
  • the membrane 7 is able to be deformed in a reversible manner between a storage configuration of the fluid F, in which the membrane 7 is stretched by hyper-elastic deformation, and a rest configuration, in which the membrane 7 is retracted in its rest configuration.
  • the tank 3 is filled and the reservoir 3 is put under overpressure. More specifically, the fluid F is injected into the tank 3 through the inlet orifice 4. Then, the internal pressure of the tank 3 increases. , and the membrane 7 is stretched by reversible deformation according to the arrows D1. This stretching of the membrane 7 has the effect of forming a very large deformation thereof dome-shaped, or spherical cap or blister. This deformation can be measured as described below.
  • the fluid F is delivered by virtue of the elasticity of the membrane 7. More specifically, the inlet orifice 4 is opened so that the fluid F at overpressure inside the tank 3 is set in motion. by the return to the original state (ie the idle configuration) of the membrane 7 shown schematically by the arrows D2.
  • the reservoir 3 is in its final state of use after delivery of the fluid F, and the membrane 7 has returned to its undeformed equilibrium configuration.
  • FIG. 2 there is shown, in section and in part, an example of a fluidic card 1 according to the invention, in particular similar to that described with reference to the FIGS. 1A to 1E , with the presence of measuring means 8 of the volume of fluid F occupying the reservoir, these means being able to operate in real time.
  • the membrane 7 made of a hyper-elastic material comprises measurement means 8 making it possible to determine, in particular in real time, the volume of the fluid F injected through the inlet orifice 4 during the transition from the idle configuration to the membrane storage configuration 7 and the determination of the volume of the fluid F discharged through the inlet orifice 4 during the transition from the storage configuration to the rest configuration of the membrane 7.
  • the deformation of the membrane 7 can be measured in different ways to know the volume of fluid F present in the reservoir.
  • the membrane 7 may comprise electrical measuring means integrated in the membrane 7, in the form of a strain gauge comprising an electrical resistance 8.
  • a strain gauge comprising an electrical resistance 8.
  • an electrical resistance 8 being bonded to the membrane 7, is deformed at the same time the membrane 7, and generates a signal depending on this deformation, in particular during the filling and emptying of the reservoir 3. It may then be possible to follow the evolution of the deformation of the membrane 7 and to go up by calculation to fluid volume 7 contained in the tank 3 by real-time measurement of the signal produced by the strain gauge.
  • the strain gauge is formed from a piezoelectric material, for example a PVDF film. In this case, too, the strain gauge is able to deliver an electrical signal depending on the deformation of the membrane 7.
  • a deformable electrical resistance 8 in the membrane 7 can make it possible to form a means of heating the volume of fluid F of the tank 3.
  • optical measuring means associated with the membrane 7 it is also possible to predict, as represented on the figure 2 , optical measuring means associated with the membrane 7 to allow the determination of the volume of the tank 3.
  • It may be the measurement of an angle ⁇ formed between the membrane 7 and the plane P of the rigid support 2, during the deformation of the membrane 7. It may also be the measurement of the height h , in particular the maximum height, of the membrane 7 during its deformation.
  • This optical profilometry technique is for example used when measuring contact angles of drops on a surface.
  • figure 3A in perspective, another example of a fluidic card 1 according to the invention, and on the figure 3B , in partial section along III-III the example of fluidic map 1 of the figure 3A .
  • fluidic card 1 In order to produce such a fluidic card 1, three fluidic sub-cards 14, 15 and 16 made of cyclic olefin copolymer (also called COC for "Cyclic Olefin Copolymer" in English) with a thickness of about 1 mm each are produced. in a credit card format.
  • cyclic olefin copolymer also called COC for "Cyclic Olefin Copolymer" in English
  • a fluid channel 5 about 500 ⁇ m deep and about 800 ⁇ m wide is etched. This fluidic channel 5 extends between an inlet orifice 12 and an outlet orifice 13 (visible on the figure 3A ). This fluidic channel 5, open on top of the first sub-card 16, is obtained by etching on the material comprising the card.
  • the second sub-card 15 comprises a disk-shaped reservoir 3 approximately 500 ⁇ m deep and about 12 mm in diameter, as well as three orifices or vias approximately 800 ⁇ m in diameter, the first orifice 4 to connect the tank 3 to the fluidic channel 5 of the first sub-card 16 and the other two to form the inlet 12 and the outlet 13 of the fluidic channel 5.
  • the two sub-cards 15 and 16 are then sealed using a heat press.
  • the fluidic channel 5 is then closed by the lower face of the second sub-card 15.
  • the first orifice 4 allows a fluid connection between the fluidic channel 5 and the tank 3.
  • the third sub-card 14 has a hole 17, about 12 mm in diameter, above the tank 3.
  • the third sub-card 14 is used to hold the membrane 7 sandwiched between itself and the two sub-cards 15 and 16 sealed together.
  • the membrane 7 is placed between the set composed of the two sub-cards 15 and 16 and the third sub-card 14, facing the tank 3 and at the edge thereof.
  • the third sub-card 14 is then assembled to said set. In this way, the membrane 7 constitutes the upper wall of the tank 3.
  • the membrane 7 is for example made of a bi-component polymer of the Ecoflex® Supersoft 0050 type, which has undergone a spin coating (also called "spin coating" in English) on a flat surface to obtain a membrane with a thickness of about 300 ⁇ m.
  • This fluidic card 1 was then used as follows.
  • the fluidic card 1 was placed on a support for supplying fluid F and observe the fluidic card 1 by means of a camera.
  • the fluid was brought to the reservoir 3 by suction through a syringe placed at the outlet 13 of the fluidic channel 5, in order to evacuate the air and fill the reservoir 3 with fluid.
  • the outlet orifice 13 was then closed with the aid of an outlet valve, and the reservoir 3 was filled until the membrane 7 formed a half-sphere, the fluid being injected through the orifice 12. It should be noted that the hyper-elasticity of the membrane 7 makes it possible to pass from a disk to a half-sphere of the same radius.
  • the volume of fluid F then stored in the reservoir 3 was about 500 ⁇ L.
  • the inlet port 12 was then closed with an inlet valve so that the tank 3 can remain filled and keep its shape. Then, as soon as the outlet valve has been reopened, the fluid F has flowed under the pressure exerted by the membrane 7 outside the reservoir 3. The volume of fluid F injected into the reservoir 3 to put it in overpressure was fully recovered when the membrane 7 was able to return to its original state.
  • FIG. 4 We also represented on the figure 4 , in section and partially, another example of a fluidic card 1 according to the invention comprising a fluidic channel 5 provided with valves at the inlet orifice 12 and the outlet orifice 13.
  • the fluidic card 1 may be similar to that described above with reference to Figures 3A and 3B .
  • a strain gauge 8 is integrated in the membrane 7.
  • This fluidic card 1 can for example be used as follows: the knowledge of the volume contained in the tank 3 in real time can deliver precise volumes of fluid or reagent. By controlling the valves of the inlet orifice 12 and / or outlet 13, in particular by opening the valve of the outlet orifice 13, it is possible to allow a flow of fluid thanks to the elasticity of the membrane 7. The measuring means 8 then make it possible to detect the volume variation of the tank 3, and when this variation corresponds to the expected volume (or setpoint), the outlet valve 13 can be closed.
  • FIG 5 illustrates, in block diagram form, an aspect of implementation of the storage and delivery method according to the invention.
  • the fluidic card 1 comprises an enclosure 9 superimposed on the tank 3 and on the membrane 7, and defining a chamber 11 between the membrane 7 and the enclosure 9.
  • the enclosure 9 comprises means 10 for controlling the pressure internal in the chamber 11 for regulating the rate of deformation of the membrane 7.
  • the enclosure 9 is glued over the tank 3 and allows, through the control means 10, to control the rate of return to equilibrium of the membrane 7. Indeed, when the membrane 7 is deformed, the pressure inside the chamber 11 increases. Then, through the control means 10 connected to the chamber 9, it may be possible to increase this internal pressure or to reduce it so that the membrane 7 returns more or less quickly to its original configuration.
  • the assembly thus formed by the tank 3 hooded enclosure 9 can also serve as a pump.
  • the successive application of overpressures and depressions at the level of the membrane 7 combined with the control of the inlet valves 12 and the outlet valve 13 may allow the fluid F to be pumped.
  • the invention therefore allows a large storage of fluid F in the tank 3 of the fluidic card 1, as well as ease of measurement and calculation of the internal volume of the tank 3, thanks to the use of a hyper-elastic material of great deformability to produce the membrane 7.
  • Continuous monitoring of the volume of fluid F present in the reservoir 3 may allow precise delivery of the fluid F, for example in the context of assays or chemical reactions, among others.
  • the fluid F contained in the tank 3 can be protected from the ambient air by means of the membrane 7.
  • the inlet port 4 can be closed by a septum.
  • the reservoir 3 is for example placed above a fluidic card having an inlet provided for this purpose, the connector of the card then piercing the septum to release the fluid.
  • the dead volume corresponds to the volume of fluid contained in the card when the membrane is in its rest configuration.
  • the diameter of the membrane 7 it may be possible to produce different volumes of reservoir 3.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention se rapporte au domaine des cartes fluidiques, en particulier microfluidiques, prévues pour le stockage d'au moins un fluide destiné notamment à être délivré. Elle concerne également le domaine des techniques de mesure en temps réel du volume de stockage du fluide dans de telles cartes fluidiques.
  • L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines, comme entre autres la recherche médicale, la biologie et la pharmaceutique. Plus spécifiquement, elle peut être appliquée pour la délivrance de drogues et dans le cadre du concept de « laboratoire sur puce » (appelé encore LOC pour « Lab On a Chip » en anglais), c'est-à-dire un dispositif intégré rassemblant, sur un substrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire.
  • L'invention propose ainsi une carte fluidique comportant un réservoir de stockage d'au moins un fluide et une membrane hyper-élastique associée, ainsi qu'un procédé de stockage et de délivrance d'au moins un fluide au moyen d'une telle carte fluidique.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
  • On connaît déjà de l'art antérieur différentes solutions permettant d'embarquer un ou plusieurs fluides, en particulier des réactifs, sur une carte microfluidique à des fins de stockage et de délivrance.
  • Ainsi, les sociétés allemandes microfluidic ChipShop GmbH et thinXXS Microtechnology AG commercialisent par exemple une solution avec un réservoir de fluide se présentant sous la forme d'emballage-coque (appelé encore « blister » en anglais) destiné à être actionné par l'utilisateur. La demande de brevet US 2011/0303306 A1 décrit un exemple d'une telle solution. L'opercule du réservoir est collé sur la carte microfluidique, et l'utilisateur doit appuyer sur la coque pour mettre en mouvement le fluide. La surpression générée permet alors de déchirer l'opercule de sorte que le fluide puisse circuler dans la carte microfluidique.
  • Cette solution présente toutefois l'inconvénient de ne pas permettre de connaître précisément le volume injecté de fluide dans la carte microfluidique car, lorsque l'utilisateur écrase la coque pour libérer le fluide, un certain volume de ce fluide reste dans celle-ci.
  • Une autre solution a également été développée et exposée dans le document intitulé « Pumping fluids in microfluidic systems using the elastic deformation of poly(dimethylsiloxane) », Weibel DB et al, Lab Chip, volume 7, numéro 12, pages 1832-6, décembre 2007. Selon cette solution, on utilise l'élasticité du réservoir réalisé en polydiméthylsiloxane (PDMS) pour actionner le fluide. La solution se présente plus particulièrement sous la forme d'un réservoir cylindrique avec une vanne d'entrée et une vanne de sortie. Lorsque la vanne de sortie est fermée et que la vanne d'entrée est ouverte, il peut être possible d'injecter le fluide dans le réservoir et de mettre celui-ci en surpression par déformation du PDMS lors de l'injection. Une fois que le réservoir est en surpression, la vanne d'entrée est fermée. Dès lors, le volume du réservoir est environ vingt fois plus important que son volume initial. Lorsque la vanne de sortie est ouverte, l'élasticité du réservoir en PDMS va pousser celui-ci à revenir à sa forme initiale, et le fluide va donc être chassé en dehors du réservoir et s'écouler dans le canal de sortie.
  • Néanmoins, cette solution ne permet pas non plus de contrôler la variation de volume du réservoir et de connaître ainsi en temps réel la quantité de fluide injecté dans le canal de sortie. Les documents US 2010/0077875 , US 2006/0076068 et EP 2 657 708 décrivent eux aussi des réservoirs de fluide formés par une membrane élastique.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • L'invention a ainsi pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
  • L'invention vise notamment à proposer une solution alternative de carte fluidique pour le stockage et la délivrance d'au moins un fluide, notamment un réactif.
  • Elle vise en particulier à permettre un volume de stockage important du fluide et une connaissance précise du volume de fluide libéré lors de la délivrance.
  • L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une carte fluidique comportant un support rigide dans lequel est formé, notamment par usinage, au moins partiellement un réservoir de stockage d'au moins un fluide, notamment un réactif, le réservoir comportant un orifice d'entrée, formé, notamment par usinage, au moins partiellement dans le support rigide, permettant une communication fluidique entre le réservoir et un canal fluidique de la carte fluidique,
    caractérisée en ce que le réservoir comporte une ouverture débouchant sur la surface du support rigide, la carte fluidique comportant en outre une membrane en un matériau hyper-élastique formant une paroi dudit réservoir, la membrane étant apte à être déformée de façon réversible entre une configuration de stockage dudit au moins un fluide, dans laquelle la membrane s'étire par déformation hyper-élastique, et une configuration de repos, c'est-à-dire sa configuration initiale avant stockage dudit au moins un fluide. La membrane en un matériau hyper-élastique comporte des moyens de mesure de la déformation de la membrane.
  • Ces moyens de mesure permettent la détermination, par exemple en temps réel, du volume du réservoir lorsque la membrane passe de sa configuration de repos à sa configuration de stockage, ou de sa configuration de stockage à sa configuration de repos.
  • Par « matériau hyper-élastique », on entend que le matériau présente une surface apte à passer, de façon réversible, d'une première aire à une deuxième aire, la deuxième aire étant égale à 5 fois, voire 10 fois, voire encore 50 fois, la première aire.
  • Grâce à l'invention, il peut être possible de stocker un volume important de fluide dans le réservoir de la carte fluidique, par exemple plusieurs centaines de microlitres, et également de stocker une grande variété de volumes de fluide différents avec ce même réservoir. De plus, les moyens de mesure de la membrane de la carte fluidique peuvent permettre de connaître en temps réel le volume du réservoir et le volume de fluide évacué lors de la délivrance, de sorte à permettre une surveillance précise lors de la délivrance du fluide. La mise en mouvement du fluide peut également être réalisée par l'intermédiaire de la membrane hyper-élastique, et donc sans l'usage d'une pompe. En outre, la carte fluidique selon l'invention peut également remplir une fonction de mélangeur, grâce au réservoir formant une chambre réactionnelle à volume variable. Il peut ainsi être possible d'ajouter un ou plusieurs fluides, notamment des réactifs, au cours d'une réaction au sein du réservoir. Le principe de stockage et de délivrance du fluide selon l'invention peut également permettre un gain de place sur la carte fluidique.
  • La carte fluidique selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
  • La carte fluidique peut comporter une pluralité de canaux fluidiques formant ensemble un circuit fluidique de la carte, dont au moins un canal fluidique est en communication fluidique avec le réservoir au travers de l'orifice d'entrée du réservoir.
  • L'expression « configuration de repos » désigne la configuration de la membrane dans son état initial, avant remplissage du réservoir avec un fluide. Dans sa configuration de repos, la membrane n'est pas déformée. En revanche, l'expression « configuration de stockage » doit être comprise au sens large. Ainsi, elle désigne toute configuration dans laquelle du fluide pénètre, ou est présent, dans le réservoir au travers de l'orifice d'entrée. L'expression « configuration de stockage » peut donc correspondre à différents degrés de stockage, et donc pas nécessairement à une configuration de stockage maximale (résultant d'une déformation maximale de la membrane).
  • L'ouverture du réservoir peut s'étendre parallèlement à la membrane.
  • L'ouverture du réservoir peut présenter une forme quelconque, et par exemple une forme circulaire.
  • Le support rigide de la carte fluidique peut être réalisé en un seul bloc. Le support rigide peut par exemple être un support en plastique, par exemple choisi parmi : du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), du polycarbonate, du copolymère de cyclooléfine (COC), du polytéréphtalate d'éthylène (PET), entre autres.
  • La carte fluidique peut avoir des dimensions similaires ou semblables aux dimensions d'une carte de crédit. Son épaisseur peut être suffisante pour contenir au moins un canal fluidique, et éventuellement un réseau fluidique (comportant plusieurs canaux fluidiques).
  • La longueur et/ou la largeur de la carte fluidique peuvent être comprises entre quelques centimètres et quelques décimètres, par exemple entre 1 cm et 10 cm, voire 20 cm. L'épaisseur de la carte fluidique peut être comprise entre quelques millimètres et quelques centimètres, par exemple entre, d'une part, 1 mm ou 5 mm et, d'autre part, 1 cm ou 2 cm.
  • Le réservoir peut présenter une profondeur comprise par exemple entre 100 et 800 µm, par exemple de l'ordre de 500 µm. Le terme « profondeur » désigne l'épaisseur de matière enlevée de la carte fluidique afin de constituer le réservoir. En outre, le réservoir peut être circulaire et présenter un diamètre compris par exemple entre 8 et 16 mm, par exemple de l'ordre de 12 mm. Le volume de stockage du réservoir peut par exemple être compris supérieur ou égal à 500 µL.
  • La membrane peut par exemple être réalisée en un matériau polymère bi-composant hyper-élastique, par exemple une silicone de type Ecoflex® Supersoft 0050 ou le matériau Dragon skin® FX Pro. L'épaisseur de la membrane peut par exemple être comprise entre 100 et 500 µm, par exemple de l'ordre de 300 µm.
  • D'une façon générale, les moyens de mesure de la déformation de la membrane peuvent permettre de déterminer la configuration de la membrane (configuration de stockage ou configuration de repos). Ils peuvent également permettre d'évaluer le volume du réservoir, car la membrane constitue une des parois du réservoir. Il est donc possible de relier le volume du réservoir à la forme de la membrane.
  • Les moyens de mesure de la déformation de la membrane peuvent comporter des moyens de mesure électriques intégrés dans la membrane.
  • Ces moyens de mesure électriques peuvent tout particulièrement comporter une jauge de contrainte intégrée dans la membrane, notamment une résistance électrique.
  • La présence d'une résistance électrique déformable dans la membrane peut permettre de former un moyen de chauffage du volume du réservoir. Un tel chauffage peut ainsi permettre par exemple la montée en température d'un réactif ou le chauffage d'une réaction se déroulant au sein du réservoir.
  • Les moyens de mesure de la déformation de la membrane peuvent encore comporter des moyens de mesure optiques associés à la membrane.
  • Ces moyens de mesure optiques comportent la mesure d'un angle formé entre la membrane et le plan du support rigide, lors de la déformation de la membrane; et/ou la mesure de la hauteur, notamment la hauteur maximale, de la membrane lors de sa déformation; et/ou la mesure de la variation du dimensionnement d'un ou plusieurs motifs formés sur la membrane lors de sa déformation.
  • Par ailleurs, la membrane peut également comporter, notamment en intégration à l'intérieur de celle-ci, des moyens magnétiques, notamment une bobine déformable magnétique, permettant par exemple la manipulation d'un ou plusieurs objets magnétiques présents dans le réservoir.
  • La membrane peut également comporter des particules sensibles aux champs magnétiques et/ou électriques, de sorte que la déformation de la membrane peut être réalisée par l'application d'un champ magnétique et/ou électrique au niveau de celle-ci, par exemple le rapprochement d'un aimant.
  • Par ailleurs, la membrane déformée peut également servir de lentille optique, avec une mise au point à une hauteur différente en fonction de la hauteur de la membrane lors de sa déformation.
  • La carte fluidique peut en outre comporter une enceinte superposée au réservoir et à la membrane et définissant une chambre entre la membrane et l'enceinte. La carte fluidique peut de même comporter des moyens de contrôle de la pression interne dans la chambre permettant de réguler la vitesse de déformation de la membrane.
  • L'orifice d'entrée du réservoir peut par ailleurs être en communication fluidique avec un canal fluidique de la carte fluidique, comportant une vanne d'entrée et une vanne de sortie, le pilotage des vannes d'entrée et de sortie associé aux moyens de contrôle de la pression interne dans la chambre permettant la formation d'un système de pompage dudit au moins un fluide.
  • L'orifice d'entrée peut également être fermé par un septum destiné à être percé lors du passage de la configuration de stockage à la configuration de repos de la membrane.
  • L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de stockage et de délivrance d'au moins un fluide au moyen d'une carte fluidique telle que définie précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
    • injecter ledit au moins un fluide à l'intérieur du réservoir de la carte fluidique par le biais de l'orifice d'entrée de sorte à engendrer une déformation réversible de la membrane hyper-élastique pour le stockage dudit au moins un fluide,
    • fermer l'orifice d'entrée, ou fermer une vanne d'entrée et/ou une vanne de sortie d'un canal fluidique de la carte fluidique en communication fluidique avec le réservoir, pour maintenir ledit au moins un fluide en stockage au sein du réservoir,
    • ouvrir l'orifice d'entrée, ou ouvrir la vanne d'entrée et/ou la vanne de sortie du canal fluidique, en vue de la délivrance dudit au moins un fluide en dehors du réservoir par déformation réversible de la membrane vers sa configuration au repos,
    • réaliser une surveillance en temps réel du volume dudit au moins un fluide dans le réservoir par l'intermédiaire des moyens de mesure de la membrane, lors de l'injection dudit au moins un fluide au travers de l'orifice d'entrée lors du passage de la configuration au repos vers la configuration de stockage de la membrane et/ou lors de l'évacuation dudit au moins un fluide au travers de l'orifice d'entrée lors du passage de la configuration de stockage à la configuration de repos de la membrane.
  • Le procédé peut par ailleurs comporter les étapes suivantes consistant à :
    1. a) établir une valeur de consigne du volume dudit au moins un fluide destiné à être maintenu en stockage dans le réservoir ou du volume dudit au moins un fluide destiné à être délivré à partir du réservoir,
    2. b) ouvrir l'orifice d'entrée, ou la vanne de l'orifice d'entrée du canal fluidique, pour permettre le remplissage du réservoir,
    3. c) obtenir une variation de volume dudit au moins un fluide dans le réservoir,
    4. d) mesurer un signal issu des moyens de mesure de la déformation de la membrane,
    5. e) déterminer la variation de volume de l'étape c) à partir du signal mesuré lors de l'étape d),
    6. f) déterminer le volume réel dudit au moins un fluide dans le réservoir,
    7. g) recommencer les étapes b) à f) si le volume réel ne correspond pas à la valeur de consigne,
    8. h) fermer l'orifice d'entrée, ou la vanne de l'orifice d'entrée et du canal fluidique, si le volume réel correspond à la valeur de consigne,
    9. i) éventuellement, ouvrir la vanne de l'orifice de sortie, de telle sorte que le fluide contenu dans le réservoir s'écoule par cet orifice, puis fermer l'orifice de sortie.
  • La carte fluidique et le procédé de stockage et de délivrance selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
    • les figures 1A à 1E illustrent, en coupe et partiellement, différentes étapes du fonctionnement d'un exemple de carte fluidique conforme à l'invention,
    • la figure 2 représente, en coupe et partiellement, un exemple de carte fluidique conforme à l'invention, comportant des moyens de mesure du volume de fluide en temps réel,
    • la figure 3A représente, en perspective, un autre exemple de carte fluidique conforme à l'invention,
    • la figure 3B est une vue en coupe partielle selon III-III de l'exemple de carte fluidique de la figure 3A,
    • la figure 4 représente, en coupe et partiellement, un autre exemple de carte fluidique conforme à l'invention comportant un canal fluidique pourvu de vannes d'entrée et de sortie,
    • la figure 5 illustre, sous forme de schéma bloc, un aspect de la mise en oeuvre d'un procédé de stockage et de délivrance conforme à l'invention, et
    • la figure 6 représente, en coupe et partiellement, une autre variante de réalisation d'un exemple de carte fluidique conforme à l'invention.
  • Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
  • De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
    • EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • En référence aux figures 1A à 1E, on a illustré, en coupe et partiellement, différentes étapes du fonctionnement d'un exemple de carte fluidique 1 conforme à l'invention. Il est toutefois à noter que les moyens de mesure 8 de la membrane 7 ne sont pas représentés sur les figures 1A à 1E, mais sont décrits par la suite en référence à la figure 2.
  • La carte fluidique 1 est en particulier une carte microfluidique pouvant être appliquée pour la délivrance de réactifs ou drogues, et servir par exemple en tant que laboratoire sur puce.
  • Elle comporte un support rigide 2 réalisé en plastique et en un seul bloc, et un réservoir 3 de stockage d'au moins un fluide F, formé par usinage dans l'épaisseur du support rigide 2.
  • Le réservoir 3 comporte un orifice d'entrée 4, formé dans le support rigide 2, permettant une communication fluidique entre le réservoir 3 et l'extérieur du réservoir 3, par exemple avec un canal fluidique 5 de la carte fluidique 1, comme représenté sur les figures 3B, 4 ou 6 par exemple.
  • Le réservoir 3 comporte par ailleurs une ouverture 6 formée sur la surface S du support rigide 2, et la carte fluidique 1 comporte en outre une membrane 7 en un matériau hyper-élastique disposée sur la surface S du support rigide 2.
  • La membrane 7 peut s'étendre sur la totalité de la surface S du support rigide 2, ou seulement partiellement. En tous les cas, la membrane 7 s'étend au moins sur l'ouverture 6 du réservoir 3. La membrane 7 permet ainsi de fermer le réservoir 3 par le dessus. Autrement dit, la membrane 7 constitue une paroi déformable du réservoir 3.
  • L'ouverture 6 du réservoir 3 présente par exemple une forme ronde et s'étend selon sa plus grande dimension correspondant à sa largeur L de façon sensiblement parallèle à la membrane 7.
  • Conformément à l'invention, la membrane 7 est apte à être déformée de façon réversible entre une configuration de stockage du fluide F, dans laquelle la membrane 7 s'étire par déformation hyper-élastique, et une configuration de repos, dans laquelle la membrane 7 est rétractée dans sa configuration au repos.
  • Dans la configuration de la figure 1A, le réservoir 3 est vide et la membrane 7 hyper-élastique est dans sa configuration au repos.
  • Dans la configuration de la figure 1B, on procède au remplissage du réservoir 3 et à la mise en surpression du réservoir 3. Plus précisément, le fluide F est injecté dans le réservoir 3 au travers de l'orifice d'entrée 4. Alors, la pression interne du réservoir 3 augmente, et la membrane 7 est étirée par déformation réversible selon les flèches D1. Cet étirement de la membrane 7 a pour conséquence de former une très grande déformation de celle-ci en forme de dôme, ou encore de calotte sphérique ou de cloque. Cette déformation peut être mesurée comme décrit par la suite.
  • Dans la configuration de la figure 1C, une fois le réservoir 3 rempli du fluide F, l'orifice d'entrée 4 est fermé de sorte que le fluide F reste en stockage avant utilisation dans le réservoir 3 et ne s'échappe pas.
  • Dans la configuration de la figure 1D, on procède à la délivrance du fluide F grâce à l'élasticité de la membrane 7. Plus précisément, l'orifice d'entrée 4 est ouvert de sorte que le fluide F en surpression à l'intérieur du réservoir 3 soit mis en mouvement par le retour à l'état d'origine (à savoir la configuration au repos) de la membrane 7 schématisé par les flèches D2.
  • Dans la configuration de la figure 1E, le réservoir 3 se trouve dans son état final d'utilisation après délivrance du fluide F, et la membrane 7 a retrouvé sa configuration d'équilibre non déformée.
  • En référence à la figure 2, on a représenté, en coupe et partiellement, un exemple de carte fluidique 1 conforme à l'invention, notamment semblable à celui décrit en référence aux figures 1A à 1E, avec la présence de moyens de mesure 8 du volume de fluide F occupant le réservoir, ces moyens pouvant opérer en temps réel.
  • Ainsi, conformément à l'invention, la membrane 7 en un matériau hyper-élastique comporte des moyens de mesure 8 permettant la détermination, notamment en temps réel, du volume du fluide F injecté au travers de l'orifice d'entrée 4 lors du passage de la configuration au repos vers la configuration de stockage de la membrane 7 et la détermination du volume du fluide F évacué au travers de l'orifice d'entrée 4 lors du passage de la configuration de stockage à la configuration de repos de la membrane 7.
  • La déformation de la membrane 7 peut être mesurée de différentes manières pour connaître le volume de fluide F présent dans le réservoir.
  • Tout d'abord, comme représenté sur la figure 2, la membrane 7 peut comporter des moyens de mesure électriques intégrés dans la membrane 7, sous la forme d'une jauge de contrainte comportant une résistance électrique 8. Une telle résistance électrique 8, étant liée à la membrane 7, se déforme en même temps que la membrane 7, et génère un signal dépendant de cette déformation, en particulier lors du remplissage et de la vidange du réservoir 3. Il peut alors être possible de suivre l'évolution de la déformation de la membrane 7 et de remonter par calcul au volume de fluide 7 contenu dans le réservoir 3 par mesure en temps réel du signal produit par la jauge de contrainte. En variante, la jauge de contrainte est formée à partir d'un matériau piézoélectrique, par exemple un film de PVDF. Dans ce cas, également, la jauge de contrainte est apte à délivrer un signal électrique dépendant de la déformation de la membrane 7.
  • Par ailleurs, la présence d'une résistance électrique 8 déformable dans la membrane 7 peut permettre de former un moyen de chauffage du volume de fluide F du réservoir 3.
  • Il est également possible de prévoir, comme représenté sur la figure 2, des moyens de mesure optiques associés à la membrane 7 pour permettre la détermination du volume du réservoir 3.
  • Il peut s'agir de la mesure d'un angle α formé entre la membrane 7 et le plan P du support rigide 2, lors de la déformation de la membrane 7. Il peut en outre s'agir de la mesure de la hauteur h, notamment la hauteur maximale, de la membrane 7 lors de sa déformation. Cette technique de profilométrie optique est par exemple utilisée lors de mesures d'angles de contact de gouttes sur une surface.
  • Il peut également être possible de dessiner un ou plusieurs motifs sur la membrane 7, et d'observer, par exemple par un film, la variation de la forme de ces motifs lors de la déformation de la membrane 7.
  • On a par ailleurs représenté, sur la figure 3A, en perspective, un autre exemple de carte fluidique 1 conforme à l'invention, et sur la figure 3B, en coupe partielle selon III-III l'exemple de carte fluidique 1 de la figure 3A.
  • Afin de réaliser une telle carte fluidique 1, on usine trois sous-cartes fluidiques 14, 15 et 16 en copolymère d'oléfine cyclique (encore appelé COC pour « Cyclic Olefin Copolymer » en anglais) avec une épaisseur d'environ 1 mm chacune, dans un format de carte de crédit.
  • Sur la première sous-carte 16, un canal fluidique 5 d'environ 500 µm de profondeur et d'environ 800 µm de largeur est gravé. Ce canal fluidique 5 s'étend entre un orifice d'entrée 12 et un orifice de sortie 13 (visibles sur la figure 3A). Ce canal fluidique 5, ouvert sur le dessus de la première sous-carte 16, est obtenu par gravure sur le matériau comportant la carte.
  • La deuxième sous-carte 15 comporte quant à elle un réservoir 3 en forme de disque d'environ 500 µm de profondeur et d'environ 12 mm de diamètre, ainsi que trois orifices ou vias d'environ 800 µm de diamètre, le premier orifice 4 pour relier le réservoir 3 au canal fluidique 5 de la première sous-carte 16 et les deux autres pour former l'entrée 12 et la sortie 13 du canal fluidique 5.
  • Les deux sous-cartes 15 et 16 sont alors scellées à l'aide d'une presse thermique. Le canal fluidique 5 est alors fermé par la face inférieure de la deuxième sous-carte 15. Par ailleurs, le premier orifice 4 permet une liaison fluidique entre le canal fluidique 5 et le réservoir 3.
  • La troisième sous-carte 14 comporte un trou 17, d'environ 12 mm de diamètre, au-dessus du réservoir 3.
  • La troisième sous-carte 14 est utilisée pour tenir la membrane 7 en sandwich entre elle-même et les deux sous-cartes 15 et 16 scellées entre elles. Pour cela, la membrane 7 est placée entre l'ensemble composé des deux sous-cartes 15 et 16 et la troisième sous-carte 14, en regard du réservoir 3 et en bordure de ce dernier. La troisième sous-carte 14 est alors assemblée audit ensemble. De cette façon, la membrane 7 constitue la paroi supérieure du réservoir 3.
  • La membrane 7 est par exemple réalisée en un polymère bi-composant du type Ecoflex® Supersoft 0050, qui a subi une enduction centrifuge (encore appelée « spin coating » en anglais) sur une surface plane pour obtenir une membrane d'épaisseur d'environ 300 µm.
  • Cette carte fluidique 1 a alors été utilisée selon les modalités suivantes.
  • Une fois la carte fluidique 1 finalisée, elle a été placée sur un support permettant de l'alimenter en fluide F et d'observer la carte fluidique 1 au moyen d'une caméra.
  • Le fluide a été amené jusqu'au réservoir 3 par aspiration grâce à une seringue placée en sortie 13 du canal fluidique 5, afin d'évacuer l'air et remplir le réservoir 3 de fluide. L'orifice de sortie 13 a alors été fermé à l'aide d'une vanne de sortie, puis le réservoir 3 a été rempli jusqu'à ce que la membrane 7 forme une demi-sphère, le fluide étant injecté par l'orifice d'entrée 12. Il est à noter que l'hyper-élasticité de la membrane 7 permet de passer d'un disque à une demi-sphère de même rayon.
  • Le volume de fluide F alors stocké dans le réservoir 3 a été d'environ 500 µL. L'orifice d'entrée 12 a été ensuite refermé avec une vanne d'entrée de sorte que le réservoir 3 puisse rester rempli et garder sa forme. Alors, dès que la vanne de sortie a été rouverte, le fluide F s'est écoulé sous la pression exercée par la membrane 7 en dehors du réservoir 3. Le volume de fluide F injecté dans le réservoir 3 pour mettre celui-ci en surpression a été intégralement récupéré lorsque la membrane 7 a pu revenir à son état d'origine.
  • On a en outre représenté sur la figure 4, en coupe et partiellement, un autre exemple de carte fluidique 1 conforme à l'invention comportant un canal fluidique 5 pourvu de vannes à l'orifice d'entrée 12 et à l'orifice de sortie 13. La carte fluidique 1 peut être semblable à celle décrite précédemment en référence aux figures 3A et 3B. Dans cet exemple toutefois, une jauge de contrainte 8 est intégrée dans la membrane 7.
  • Cette carte fluidique 1 peut par exemple être utilisée de la façon suivante : la connaissance du volume contenu dans le réservoir 3 en temps réel permet de délivrer des volumes précis de fluide ou réactif. Par pilotage des vannes de l'orifice d'entrée 12 et/ou de sortie 13, notamment par ouverture de la vanne de l'orifice de sortie 13, il est possible de permettre un écoulement de fluide grâce à l'élasticité de la membrane 7. Les moyens de mesure 8 permettent alors de détecter la variation de volume du réservoir 3, et lorsque cette variation correspond au volume attendu (ou valeur de consigne), la vanne de sortie 13 peut être fermée.
  • Plus précisément, la figure 5 illustre, sous forme de schéma bloc, un aspect de mise en oeuvre du procédé de stockage et de délivrance conforme à l'invention.
  • Le procédé peut ainsi comporter les étapes suivantes consistant à :
    1. a) établir une valeur de consigne du volume du fluide F destiné à être maintenu en stockage dans le réservoir 3 ou du volume du fluide F destiné à être délivré à partir du réservoir 3,
    2. b) ouvrir l'orifice d'entrée 4, ou la vanne de l'orifice d'entrée 12 du canal fluidique 5, pour permettre le remplissage du réservoir 3,
    3. c) obtenir une variation de volume du fluide F dans le réservoir 3,
    4. d) mesurer un signal issu des moyens de mesure 8 de la déformation de la membrane 7,
    5. e) déterminer la variation de volume de l'étape c) à partir du signal mesuré lors de l'étape d),
    6. f) déterminer le volume réel du fluide F dans le réservoir 3,
    7. g) recommencer les étapes b) à f) si le volume réel ne correspond pas à la valeur de consigne,
    8. h) fermer l'orifice d'entrée 4, ou la vanne de l'orifice d'entrée 12 et du canal fluidique 5, si le volume réel correspond à la valeur de consigne.
  • Cette étape h) peut être suivie d'une étape i) définie de la manière suivante :
    • i) ouvrir la vanne de l'orifice de sortie 13, de telle sorte que le fluide contenu dans le réservoir 3 s'écoule par cet orifice, puis fermeture de l'orifice de sortie 13.
  • Par ailleurs, on a représenté sur la figure 6, en coupe et partiellement, une autre variante de réalisation d'un exemple de carte fluidique 1 conforme à l'invention.
  • Dans cette variante, la carte fluidique 1 comporte une enceinte 9 superposée au réservoir 3 et à la membrane 7, et définissant une chambre 11 entre la membrane 7 et l'enceinte 9. L'enceinte 9 comporte des moyens de contrôle 10 de la pression interne dans la chambre 11 permettant de réguler la vitesse de déformation de la membrane 7.
  • Plus précisément, l'enceinte 9 est collée au-dessus du réservoir 3 et permet, par le biais des moyens de contrôle 10, de pouvoir contrôler la vitesse de retour à l'équilibre de la membrane 7. En effet, lorsque la membrane 7 est déformée, la pression à l'intérieur de la chambre 11 augmente. Alors, par le biais des moyens de contrôle 10 connectés à l'enceinte 9, il peut être possible d'augmenter cette pression interne ou de la diminuer pour que la membrane 7 revienne plus ou moins vite à sa configuration d'origine.
  • De plus, l'ensemble ainsi formé par le réservoir 3 capoté de l'enceinte 9 peut aussi servir de pompe. En effet, l'application successive de surpressions et de dépressions au niveau de la membrane 7 combinée au pilotage des vannes d'entrée 12 et de sortie 13 peut permettre de pomper le fluide F.
  • De façon avantageuse, l'invention permet donc un stockage important de fluide F dans le réservoir 3 de la carte fluidique 1, ainsi qu'une facilité de mesure et de calcul du volume interne du réservoir 3, grâce à l'utilisation d'un matériau hyper-élastique de grande déformabilité pour réaliser la membrane 7.
  • Un suivi en continu du volume de fluide F présent dans le réservoir 3 peut permettre une délivrance précise du fluide F, par exemple dans le cadre de dosages ou de réactions chimiques, entre autres.
  • En outre, le fluide F contenu dans le réservoir 3 peut être protégé de l'air ambiant par le biais de la membrane 7.
  • Bien entendu, l'étendue de l'invention est définie par les revendications, mais l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
  • En particulier, l'orifice d'entrée 4 peut être fermé par un septum. Le réservoir 3 est par exemple placé au-dessus d'une carte fluidique comportant une entrée prévue à cet effet, le connecteur de la carte perçant alors le septum pour libérer le fluide.
  • Par ailleurs, bien que celui-ci soit quasiment absent dans la carte fluidique 1 selon l'invention, il peut être possible de réduire davantage le volume mort présent sur la carte fluidique 1 en diminuant la taille du réservoir 3 situé sous la membrane 7 hyper-élastique. En effet, par réduction de la hauteur du réservoir 3 à son minimum, il peut être possible de réduire le volume mort au seul volume contenu dans le ou les canaux fluidiques de la carte. Le volume mort correspond au volume de fluide contenu dans la carte lorsque la membrane est dans sa configuration de repos. De plus, en jouant sur le diamètre de la membrane 7, il peut être possible de réaliser différents volumes de réservoir 3.
  • L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims (7)

  1. Carte fluidique (1) comportant un support rigide (2) dans lequel est formé au moins partiellement un réservoir (3) de stockage d'au moins un fluide (F), le réservoir (3) comportant un orifice d'entrée (4), formé au moins partiellement dans le support rigide (2), permettant une communication fluidique entre le réservoir (3) et un canal fluidique (5) de la carte fluidique (1),
    caractérisée en ce que le réservoir (3) comporte une ouverture (6) débouchant sur une surface (S) du support rigide (2) opposée à l'orifice d'entrée (4), la carte fluidique (1) comportant en outre une membrane (7) en un matériau hyper-élastique, c'est-à-dire un matériau présentant une surface apte à passer de façon réversible d'une première aire à une deuxième aire égale à au moins cinq fois la première aire, formant une paroi du réservoir (3), la membrane (7) étant apte à être déformée de façon réversible entre une configuration de stockage dudit au moins un fluide (F), dans laquelle la membrane (7) s'étire par déformation hyper-élastique, et une configuration de repos,
    et en ce que la membrane (7) en un matériau hyper-élastique comporte des moyens de mesure (8) de sa déformation, comportant des moyens de mesure électriques (8) intégrés dans la membrane (7) et/ou des moyens de mesure optiques associés à la membrane (7), les moyens de mesure optiques comportant :
    - la mesure d'un angle (α) formé entre la membrane (7) et le plan (P) du support rigide (2), lors de la déformation de la membrane (7) ;
    et/ou,
    - la mesure de la hauteur (h), notamment la hauteur maximale, de la membrane (7) lors de sa déformation ;
    et/ou,
    - la mesure de la variation du dimensionnement d'un ou plusieurs motifs formés sur la membrane (7) lors de sa déformation.
  2. Carte fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de mesure électriques (8) comportent une jauge de contrainte intégrée dans la membrane (7), notamment une résistance électrique (8).
  3. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une enceinte (9) superposée au réservoir (3) et à la membrane (7) et définissant une chambre (11) entre la membrane (7) et l'enceinte (9), et ce qu'elle comporte des moyens de contrôle (10) de la pression interne dans la chambre (11) permettant de réguler la vitesse de déformation de la membrane (7).
  4. Carte fluidique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'orifice d'entrée (4) du réservoir (3) est en communication fluidique avec un canal fluidique (5) de la carte fluidique (1), comportant une vanne d'entrée (12) et une vanne de sortie (13), le pilotage des vannes d'entrée (12) et de sortie (13) associé aux moyens de contrôle (10) de la pression interne dans la chambre (11) permettant la formation d'un système de pompage dudit au moins un fluide (F).
  5. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'orifice d'entrée (4) est fermé par un septum destiné à être percé lors du passage de la configuration de stockage à la configuration de repos de la membrane (7).
  6. Procédé de stockage et de délivrance d'au moins un fluide (F) au moyen d'une carte fluidique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
    - injecter ledit au moins un fluide (F) à l'intérieur du réservoir (3) de la carte fluidique (1) par le biais de l'orifice d'entrée (4) de sorte à engendrer une déformation réversible de la membrane (7) hyper-élastique pour le stockage dudit au moins un fluide (F),
    - fermer l'orifice d'entrée (4), ou fermer une vanne d'entrée (12) et/ou une vanne de sortie (13) d'un canal fluidique (5) de la carte fluidique (1) en communication fluidique avec le réservoir (3), pour maintenir ledit au moins un fluide (F) en stockage au sein du réservoir (3),
    - ouvrir l'orifice d'entrée (4), ou ouvrir la vanne d'entrée (12) et/ou la vanne de sortie (13) du canal fluidique (5), en vue de la délivrance dudit au moins un fluide (F) en dehors du réservoir (3) par déformation réversible de la membrane (7) vers sa configuration au repos,
    - réaliser une surveillance en temps réel du volume dudit au moins un fluide (F) dans le réservoir (3) par l'intermédiaire des moyens de mesure (8) de la membrane (7), lors de l'injection dudit au moins un fluide (F) au travers de l'orifice d'entrée (4) lors du passage de la configuration au repos vers la configuration de stockage de la membrane (7) et/ou lors de l'évacuation dudit au moins un fluide (F) au travers de l'orifice d'entrée (4) lors du passage de la configuration de stockage à la configuration de repos de la membrane (7).
  7. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes consistant à :
    a) établir une valeur de consigne du volume dudit au moins un fluide (F) destiné à être maintenu en stockage dans le réservoir (3) ou du volume dudit au moins un fluide (F) destiné à être délivré à partir du réservoir (3),
    b) ouvrir l'orifice d'entrée (4), ou la vanne de l'orifice d'entrée (12) du canal fluidique (5), pour permettre le remplissage du réservoir (3),
    c) obtenir une variation de volume dudit au moins un fluide (F) dans le réservoir (3),
    d) mesurer un signal issu des moyens de mesure (8) de la déformation de la membrane (7),
    e) déterminer la variation de volume de l'étape c) à partir du signal mesuré lors de l'étape d),
    f) déterminer le volume réel dudit au moins un fluide (F) dans le réservoir (3),
    g) recommencer les étapes b) à f) si le volume réel ne correspond pas à la valeur de consigne,
    h) fermer l'orifice d'entrée (4), ou la vanne de l'orifice d'entrée (12) et du canal fluidique (5), si le volume réel correspond à la valeur de consigne,
    i) éventuellement, ouvrir la vanne de l'orifice de sortie (13), de telle sorte que le fluide contenu dans le réservoir (3) s'écoule par cet orifice, puis fermer l'orifice de sortie (13).
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