EP3259591A1 - Dispositif micro-fluidique et appareil comprenant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif micro-fluidique et appareil comprenant un tel dispositif

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Publication number
EP3259591A1
EP3259591A1 EP16707932.6A EP16707932A EP3259591A1 EP 3259591 A1 EP3259591 A1 EP 3259591A1 EP 16707932 A EP16707932 A EP 16707932A EP 3259591 A1 EP3259591 A1 EP 3259591A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
microfluidic device
electric field
electrodes
reservoir
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Withdrawn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
EP16707932.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jacques Gierak
Loïc AUVRAY
Julien CHASTE
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
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3259591A1 publication Critical patent/EP3259591A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48721—Investigating individual macromolecules, e.g. by translocation through nanopores
    • 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
    • B01L3/502707—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 the manufacture of the container or its components
    • 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
    • B01L3/502715—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 interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • 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
    • B01L3/50273—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 the means or forces applied to move the fluids

Definitions

  • the present invention relates to micro-fluidic devices and devices comprising such devices.
  • An example of such apparatus is an electrophoresis apparatus.
  • the principle of electrophoresis is based on the migration of species carrying a global electric charge which move under the action of an electric field generated by the application of a potential difference applied on both sides of a membrane pierced with a passage of nanometric transverse dimensions.
  • the only information that is known to obtain using such an installation is a binary type of information: migration or not of the macromolecule through the nanopore.
  • a microfluidic device comprising a body and a covering sheet
  • the body comprising a base portion having an outer surface, a channel bottom extending in a main longitudinal direction being formed in the base portion) at the outer surface, the channel bottom being formed by ion beam focused,
  • the cover sheet being assembled to the base portion by at least partially covering the channel bottom, thereby forming a channel.
  • the detectability of the macro-molecule at the level of the passage is increased, which can be useful for several types of applications.
  • the covering sheet comprises an electrically conductive layer and / or an electrically insulating layer, for example a superposition of an electrically conductive layer and of an electrically insulating layer, in particular in which a layer of the sheet comprises, in particular consists of, graphene, boron nitride (h-BN) or molybdenum disulfide (M0S 2 );
  • the body comprises, in particular is made of silicon, or an oxide, carbide or silicon nitride;
  • the microfluidic device further comprises at least one electrode disposed at least partially in the vicinity of the channel;
  • the microfluidic device comprises an inlet end and an outlet end both in fluid communication with the channel;
  • the inlet end and / or the outlet end is part of a pore passing through the body opening into the channel and extending in the direction of thickness; the channel opens into an inlet and / or outlet compartment formed in the body;
  • the covering sheet covers the entry and / or exit compartment
  • the depth and / or the width of the channel vary along the main longitudinal direction
  • the body is a thin body, less than 10 microns thick;
  • a cuvette bottom is formed in the base portion at the outer surface, the cuvette bottom being formed by focused ion beam,
  • the cover sheet being assembled to the base portion at least partially covering the bottom of the bowl, thereby forming a bowl in fluid communication with the channel.
  • the invention relates to an apparatus comprising:
  • a reservoir adapted to receive an electrically conductive solution
  • Such a micro-fluidic device immersed in the reservoir, and separating the reservoir into a first and a second compartment, the channel being in fluid communication with the first and second compartments to allow fluid communication between the first and second compartments,
  • a transport system adapted to generate a displacement of the solution in the reservoir when the latter contains the solution
  • the transport system comprises an electrical system adapted to apply an electric field in the tank when it contains the solution
  • the characterization system comprises a system for reading the electric field in the tank
  • the apparatus further comprises a system for modulating an electric field present in the channel;
  • the electrical system comprises a first and a second electrode disposed respectively in the first and second compartments, between which the electric field is applied,
  • the modulation system comprises said first and second reversible electrodes, and an inversion system adapted to reverse the polarity of an electric field applied between the two electrodes;
  • the modulation system comprises a set of local electrodes comprising at least said electrode, and a generator adapted to apply a local electric field at the channel via said set of at least one local electrode;
  • the apparatus further comprises an optical reading system adapted to take an image of the channel.
  • the apparatus includes at least one of the following:
  • the microfluidic device (7) comprises a single passage
  • the solution has a high concentration of solute, and a low concentration of particles (27), the particles being potentially identical, or even a single particle, the transverse dimension of the particles may be between 0.5 and 0.9 times the transverse dimension of the channel.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of an apparatus according to a first embodiment, used with a first polarity
  • FIG. 1a is a view corresponding to FIG. 1 for the same apparatus used according to a second polarity
  • FIG. 2a is a graph showing the intensity of the ion current flowing between the two electrodes and measured with the apparatus of FIG. 1 as a function of time
  • FIG. 2b is an explanatory diagram showing a simplified example of such a graph, and schematically representing the migration of a macromolecule through the passage in two distant instants and thus blocking the passage in two different ways,
  • FIG. 3a is a schematic sectional macroscopic view of a membrane portion for the apparatus according to the first embodiment
  • FIGS. 3b to 3g are microscopic schematic views showing different successive stages of manufacture of the sheet equipping the membrane
  • FIG. 3h is a magnification (part IIIh) of FIG. 3a
  • FIG. 3i is a schematic view from above of an alternative embodiment
  • FIG. 3j is a schematic sectional view of an alternative embodiment
  • FIG. 4 is a schematic view of a membrane portion according to a second embodiment
  • FIGS. 4a and 4b are partial sectional views in the same section plane as FIG. 3h, for two integrated electrode embodiments,
  • FIGS. 5, 6 and 7 are views corresponding to FIG. 4 for respectively fourth, fifth and sixth embodiments of
  • FIG. 8 is a view from above of the membrane according to a seventh embodiment
  • FIG. 9 is a schematic view of an apparatus for manufacturing such a membrane
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment of FIG. 1,
  • FIG. 11 is a sectional view of an embodiment of the lamella
  • FIG. 12 is a sectional view of an embodiment of the slat.
  • Figures 13a and 13b are perspective views of the underside of the blade.
  • FIG. 1 diagrammatically represents an electrophoresis apparatus 1 according to a first embodiment of the invention.
  • Such an apparatus has an instrumental portion 2 and a computer device 3 connected thereto.
  • the computing device 3 can act mainly for:
  • the computing device 3 conventionally comprises a central unit 4 comprising a processor adapted to execute programs, memories alive or dead, .... It also includes interfaces with a user such as a keyboard 5a, a mouse 5b and / or a screen 5c.
  • the instrumental device 2 comprises a reservoir 6 containing a fluid adapted to implement electrophoresis in the reservoir 6.
  • a fluid is by example a liquid solution.
  • the solution comprises, for example, anions and cations of the same salt, in high concentration, and particles in low concentration.
  • the particles are objects of dimension at least a hundred times greater than the ions of the solution, and much less than one micron (for example less than 100 nm, or even 10 nm).
  • particles there are provided, for example, colloids, macromolecules, mention may be made of DNA, RNA, protein, polysaccharide or other molecules.
  • a low concentration of macromolecules which, depending on the application, may be different from each other or identical to each other. The lowest concentration considered is to have a single such macromolecule in the solution.
  • a membrane 7 In the reservoir 6 is disposed a membrane 7 separating the reservoir 6 into two compartments 6a, 6b.
  • the membrane 7 is provided in the reservoir 6 so that the fluid exchanges between the first and the second compartment can be done only via passages 8 of the membrane 7. Depending on the applications, one or more passes are provided. 8
  • the membrane 7 is a synthetic or artificial membrane, that is to say fabricated, as opposed to known biological porous membranes. In Figure 1, a single passage 8 is shown schematically. The manufacture of the membrane 7 will be explained below.
  • This conventionally comprises a rigid base 22 which can be fixed in place at the appropriate position in the reservoir and contributes to the mechanical rigidity of the membrane.
  • This base 22 is provided with a hole 23 which is for example a few microns in diameter in the XY plane transverse to the macroscopic direction of displacement Z of the macromolecule between the two compartments 6a, 6b.
  • the hole 23 is covered with a thin slat 24 fixed to the base 22 in any appropriate manner to prevent the passage of species at the attachment.
  • the blade 24 is for example slightly stretched.
  • the lamella 24 is provided with at least one passage 8.
  • Figure 3h shows a magnification of the coverslip
  • the lamella 24 comprises a body 61.
  • the body 61 is for example made from a substantially rigid material of any suitable type, such as, in particular, silicon, SiO 2, SiC or SiN.
  • the body 61 has a thickness less than one micron, for example of the order of 0.1 micron.
  • the body 61 may be translucent, in applications using optical detection.
  • the body 61 comprises a base portion 62 comprising two opposite outer surfaces 62a, 62b.
  • a pore 78 extends between the opposite outer surfaces 62a, 62b.
  • a channel bottom 63 extends in a main longitudinal direction X being formed in the base portion 62 at the outer surface 62b.
  • the channel bottom 63 has a width of the order of or less than one-third of the thickness of the lamella 24, for example of the order of or less than one-tenth of the thickness of the lamella 24.
  • the channel bottom 63 opens into the pore 78.
  • the channel bottom 63 may open into a bowl bottom 73.
  • the bowl bottom 73 has any suitable shape. It is formed in the base portion 62 at the outer surface 62b.
  • the bottom of bowl 73 has a width greater than the width of the bottom of channel 63. This width may be at least twice the width of the channel bottom 63.
  • the lamella 24 also comprises a covering sheet 64 assembled to the body 61.
  • the covering sheet 64 is assembled to the base portion 62 at least partially covering the outer surface 62b, and in particular at least partially covering the pore 78, the channel bottom 63 and the bottom of the bowl 73.
  • the pore 78 is clogged on one side by the sheet 64.
  • the channel bottom 63 and the cover sheet 64 together form a channel (or ditch) 65 closed.
  • a channel depth p is of the order of the width of the channel bottom 63 in a direction of depth Z transverse to the main longitudinal directions X and of width Y.
  • the channel 65 has a depth of the order of or less than one. one third of the thickness of the lamella 24, for example of the order of or less than one tenth of the thickness of the lamella 24. This depth is for example less than 0.5 micrometers in the direction of depth.
  • the cuvette 74 is in fluid communication with the channel 65 at an outlet 75.
  • a depth p of the cuvette is greater than the depth of the channel 65 in the direction of depth Z transverse to the main longitudinal directions X and of width Y.
  • the bowl 74 has a depth of the order of or less than half the thickness of the lamella 24, for example of the order of or less than one-tenth of the thickness of the lamella 24.
  • the bowl 74 has a depth of the order of or greater than 1.2 times the depth of the channel 65. This depth is for example less than 0.5 micrometers in the direction of depth.
  • the cover sheet 64 includes, in particular consists of graphene, boron nitride (BN) or molybdenum disulfide (M0S 2 ).
  • the sheet 64 may be of small thickness, especially less than one nanometer, which makes it possible to easily make a through opening or pore 68.
  • the sheet is for example made as a two-dimensional crystal, of atomic thickness.
  • the lamella 24 has an inlet end 66 and an outlet end 67.
  • the terms “inlet” and “outlet” are used with reference to the orientation of the lamella 24 in the reservoir according to the present embodiment, but are illustrative only, because the slide 24 could alternatively be used for displacement of molecules in the opposite direction.
  • the inlet and outlet ends 66, 67 are in fluid communication on the one hand with the channel 65 and on the other hand respectively with the first compartment and the second compartment.
  • the sheet 64 has a pore or through opening 68 opening into the bowl 74 and having the outlet end 67.
  • the body 61 comprises the pore 78 opening into the channel 65 and having the inlet end 66.
  • the passage 8 comprises a first portion, substantially corresponding to the pore 78, and extending in the direction Z, a second portion corresponding substantially to the channel 65 and the bowl 74, extending in the XY plane, and a third portion, substantially corresponding to the pore 68, and extending in the direction Z.
  • the passage 8 has a transverse dimension D (that is to say the transverse dimension of its narrowest portion) of the order of the size of the macromolecule subject to electrophoresis, being slightly greater than this transverse dimension. of molecule. So, according to the type of macromolecule to be studied, it will be possible to produce different types of membrane, having passages of different transverse dimensions D.
  • the dimension D is for example chosen so that the transverse dimension of the macromolecule is between 0.5 and 0.9 times the transverse dimension D of the passage.
  • the dimension D is for example of the order of 25 nanometers or less, or even less than 10 nanometers or less.
  • the size chosen depends on the size of the macromolecules to be studied.
  • the thickness of the channel 65 is for example of the order of magnitude of the dimension D. As a variant, it may be of the order of magnitude of a few times D.
  • a passage 8 of such a size can be achieved by a focused ion beam technique for example.
  • FIGS. 3b to 3h illustrate an example of a method for forming the lamella 24.
  • a through hole 69 is produced in the body 61 extending in the direction Z, and intended to form the pore 78.
  • a channel bottom 63 is formed in the body 61 in the outer surface 62b, extending in the X and / or Y directions from the through hole 69. to reduce the exposure time to the beam of the body 61, while imposing a relative movement to the body 61 and the beam according to the desired pattern for the channel bottom 63.
  • the length and the geometry of the channel bottom 63 can be chosen in function of the application.
  • the length of the channel bottom is at least of the order of the length of the macro-molecule.
  • a pan bottom 73 is formed in the body 61 in the outer surface 62b, opening into the channel bottom 63. Suffice it to increase the exposure time to the beam of the body 61, while imposing a relative movement to the body 61 and the beam in the desired shape for the bottom of Bowl 73.
  • the length and geometry of the bowl bottom 73 may be selected depending on the application.
  • the covering sheet 64 is assembled to the body 61, at the outer surface 62b, thus closing the channel 65 and the bowl 74.
  • the sheet 64 is drilled at the bowl 74, thereby forming the pore 68.
  • This piercing can be done by focussed ion beam, aiming to achieve as little drilling as possible, while remaining large enough to pass the macro ⁇ molecule.
  • the exposure time of the lamella 24 to the beam is reduced, so as to ensure not to implement a piercing through the body 61 in this step.
  • the bowl 74 is of sufficiently large dimensions, it is not necessary to have a very important precision as regards the positioning of this drilling step. It suffices that the pore 68 is made so as to open into the bowl 74.
  • first electrode 9a In the first compartment 6a there is a first electrode 9a and a second electrode 9b is placed in the second compartment 6b.
  • the first and second electrodes 9a, 9b are part of an electrical system 10 adapted to generate an electric field in the tank 6 when the latter contains the solution.
  • the electrical system 10 comprises an electric generator 11 connected by a pole to each of the electrodes 9a, 9b.
  • the Electrical generator 11 makes it possible to apply a potential difference between the electrodes 9a and 9b.
  • the reading system 12 is connected to the computing device 3, which records the intensity of the electric current flowing in the circuit.
  • the generator 11 applies a potential difference between the electrodes 9a and 9b, which generates an electric field in the solution inside the tank.
  • the macromolecules are all arranged in a given compartment such as, for example, the first compartment 6a. It is possible to know in advance the global charge of the macromolecule, which makes it possible to apply an electric field such that it will be attracted by the second electrode 9b, and will therefore have to pass through the passage 8.
  • the ammeter detects an electric current I as a function of time t.
  • the electric current is for example of the order of 10 nano-amperes (nA).
  • nA nano-amperes
  • the measured current is relatively constant except for a visible event represented by a drop in the value of the current. Note the infinitesimal nature of this fall (about 0.4 nA), as well as its short duration (less than 0.1 seconds, usually a few milliseconds). We therefore use ammeters
  • this event corresponds to the migration of a macromolecule through the passage.
  • a plausible explanation of this phenomenon is that the macromolecule, during its migration through the passage, substantially closes it, and therefore prevents the free flow of other ions in the solution, as it was before the entry of the macromolecule. in the passage. This results in increased electrical resistance of the solution and, therefore, for a given voltage level, a drop in current I.
  • Figure 2b very schematically illustrates this phenomenon for a chromatin fiber.
  • a thin link 16 disposed between two thicker clusters 17a, 17b passes through the passage 8 without substantially modifying the value of the electric current measured with respect to the reference level (plate 18 of the graph I (t ) measured, while the passage of the cluster 17b causes the fall of the current (plateau 19 of said graph).
  • the passage of a cluster 17c of intermediate size could correspond to an intermediate intensity between the plates 18 and 19 (plate 20).
  • the graph of Figure 2b is shown without scale.
  • an electric field is applied, and the migration of the macromolecule through the passage 8 is detected as explained above.
  • the length of the passage 8 is greater than when it is made substantially transverse to the blade, the duration during which an electric current is detected as explained above in relation to Figures 2a and 2b is longer. Therefore, more information is obtained on the migration of the macromolecule through the passage 8.
  • the modulation system 13 is a global modulation system. It can affect the electric field throughout the tank. It comprises firstly the characteristic that the electrodes 9a and 9b are reversible.
  • An example of such electrodes is for example a pair of Ag / AgCl electrodes.
  • the modulation system also comprises an inverter 14 adapted to reverse the polarity of the electric generator 11.
  • the inverter 14 is also connected to the computing device 3, which can control the inversion in question.
  • the central unit 4 When the central unit 4 detects that an event is taking place (it measures for example whether a duration, during which the measured current is less than a certain threshold with respect to the reference current, is greater than a certain threshold of time) , it can control the inverter 14 to reverse the polarity applied by the generator 11, as shown in Figure la.
  • the inversion of the potential applied by the generator 11 at a time t ⁇ will cause the inversion of the electric field inside the tank 6, so that the macromolecule 27 will now be attracted by the electrode 9a.
  • the modulation system is activated by the reading system.
  • a second event 21 will then be detected which may, as shown, be symmetrical with respect to event 15 if the macromolecule has not had time to turn over.
  • the end of migration of the macromolecule through the passage is awaited to proceed with the inversion.
  • it may not be so, but proceed to a systematic inversion before the end of migration of the macromolecule through the passage, in one direction or the other.
  • the experiment time would be greatly reduced, since the macromolecule would be permanently present in the passage.
  • a passage 8 of great length was made, which makes it possible to increase the time of presence of the macro-molecule in the passage, without increasing the thickness of the membrane.
  • a major part of this passage 8 is made on the surface, the macro-molecule is therefore easily accessible to be detected (the sheet 64 is in particular transparent to a certain number of radiations, in particular translucent, thus allowing an optical detection of the macro ⁇ molecule).
  • the channel 65 may not be profiled (i.e. of constant cross section).
  • the width 1 of the channel could vary in the longitudinal direction thereof.
  • the depth p of the channel could vary in the longitudinal direction thereof.
  • the channels shown above are longitudinal in the X direction. However, one could consider any geometry in the X-Y plane.
  • the apparatus corresponds substantially to the apparatus shown in FIG. 1, with the difference that the modulation system 13 of the second embodiment does not include the inverter 14 of Figure 1, nor the fact that the electrodes 9a and 9b are made reversible.
  • the modulation system 13 of the electric field in the tank is a local modulation system. It makes it possible to locally influence the level of the passage on the electric field present in the channel 65. It comprises a local electrode 25 disposed on the membrane 7 (in particular on the strip 24) near the channel 65.
  • the sheet 64 can then be made of an electrically insulating material, such as hexagonal boron nitride (h-BN).
  • the sheet 64 to electrically insulate the local electrode 25 from other electrically conductive elements of the system. It is also possible that the sheet 64 is made by superposition of layers, so an electrically insulating layer (h-BN) is disposed opposite the electrode 25, and comprising an electrically conductive layer (graphene for example). In particular, an insulating multi-layer (h-BN), conductive (graphene), insulating (h-BN) can be provided.
  • the membrane 7 has a surface 7b oriented towards the electrode 9b, placed in the second compartment 6b, and a face 7a, facing the electrode 9a, placed in the first compartment 6a.
  • the electrode 25 is made on the face 7b of the membrane 7.
  • the membrane 7, and in particular the body 61 is made of an electrically insulating material.
  • the electrode 25 is for example made in the form of a layer of gold or platinum having a certain pattern. More specifically, the electrode 25 is formed on the outer surface 62b of the body 61.
  • the electrode 25 is interposed (in the direction of the thickness) between the body 62 and the sheet 64 (which is not shown on the Figure 4).
  • the electrode 25 is made over the sheet 64 of electrically insulating material, as shown in Figure 4a.
  • the electrode 25 may be made on the outer surface 62a opposite to that in which the channel bottom 63 is formed, as shown in FIG. 4b.
  • the present embodiment there is in fact a set of two local electrodes 25, 26 disposed on either side of the channel 63, and connected to a local electrical circuit 30.
  • the two local electrodes 25 and 26 are placed in the local electrical circuit at a different potential so as to form a capacitance.
  • the electric circuit 30 also makes it possible to read this ability. It is thus connected to the computer system 3.
  • the macromolecule 27 has, from its first to the second end, a set of different segments, and in particular, varying the capacitance measured during their presence between the two electrodes 25 and 26.
  • the electric field modulation system due to the presence of the local electrodes 25 and 26, makes it possible to obtain additional information during the migration of the macromolecule.
  • the channel 65 there may be several locations for electrodes, or pairs of electrodes, along it.
  • this sheet 64 enables the electrodes 25 and 26 to be electrically and chemically isolated.
  • nanoscale electrodes 25 and 26 of these two embodiments are connected, where appropriate, to the macroscopic world (in fine to the computer device 3) by micro-connection systems.
  • FIG. 5 A fourth embodiment is shown in FIG. 5.
  • This embodiment takes up the elements of FIG. 4, in particular the lamella 24 having, on its surface 7b, local electrodes 25 and 26. These are connected to an electrical circuit. local 40 so as to generate a local electric field E y extending at the channel 63 in the Y direction transverse to the migration of the macromolecule.
  • the application of a local electric field makes it possible to influence the migration of the macromolecule through the channel 63 along the direction X.
  • the macromolecule 27 is consisting of a succession of molecules each having a partial charge (negative, positive or possibly zero) contributing to the overall load of the macromolecule which alone defines its translocation from one compartment to another of the reservoir.
  • the local electric field E there will induce an electrostatic force on the part charges, which will be attracted and repelled by the edges 31, 32 of the channel 63.
  • a portion 33 of the macromolecule, locally positively charged will be attracted the edge 31 of the channel 63.
  • a mechanical interaction of friction can thus arise from the macromolecule 33 on the edge 31 of the channel, this friction contributing to braking the macromolecule during its migration through the channel 63. It follows from this braking that, on the detected signal of Figure 2a, event 15 will last longer, and therefore will be easier to study.
  • the application of the local electric field can be controlled by the computer system 3.
  • the local modulation system thus makes it possible to define a molecular clamp. Indeed, once the macromolecule thus maintained, it is possible to subject it to all kinds of treatments and / or applications.
  • the local system already measures the force applied to the molecule to keep it in place. This force is an additional characteristic data of the molecule at the locked location. The measurement is sent to the computer system 3.
  • FIG. 6 it is possible to combine the embodiments of FIGS. 4 and 5.
  • location of the channel to perform the capacitive reading system using the electrodes 25 and 26 and the circuit 30 as made and described in Figure 4 and, at a second channel location, to realize the braking / locking system as depicted in FIG. 5, using electrodes 35 and 36 and circuit 40.
  • an electric field E x is applied locally in the longitudinal direction X of the channel 65.
  • This local electric field E x is superimposed on the overall electric field imposed by the electrodes 9a and 9b.
  • the local electric field thus applied is used to locally affect the electric field at the channel 65. It will thus be possible to perform a braking or blocking action of the macromolecule in the channel 65, not by mechanical friction as described above. , but using the locally generated electric field to counteract the effects of the global electric field.
  • first electrode 45 extending at a first location on either side of the channel 65
  • second electrode 46 also extending on either side of the channel 65 in a second location
  • generator 50 adapted to apply a potential difference between them.
  • the electrodes may be made in the thickness, according to the appropriate embodiments of Figures 4, 4a or 4b described above.
  • FIGS. 4 to 7 are used in a membrane 7 equipping the device of FIG. 1. A system for global modulation of the electric field is then superimposed with a local modulation system of the latter.
  • the electrophoresis apparatus described above is coupled to a Optical detection of the migration of the macromolecule through the passage 8.
  • an optical detection system is used for the presence or displacement of the macromolecule in the channel 65.
  • an optical detector 37 visible in Figure 1, and adapted to optically detect an image at the channel 65 on the face 7b of the membrane.
  • the optical detector 37 is also connected to the computing device 3 to send the detected optical signals thereto. If the sheet 64 is translucent, an event can be detected as long as it occurs in channel 65, which is of significant length.
  • the macromolecule is fluorescent
  • the fluorescence can be generated by a light source 77 located on the opposite side to the optical detector 37, and illuminating the input end 66.
  • a light source 77 is for example a LASER.
  • An opaque layer may be provided at the body 61, for example assembled to the outer surface 62a without plugging the through-hole 69.
  • the opaque layer may for example be a metal sheet 76 (for example gold or alloy).
  • the opaque sheet 76 blocks the transmission of the excitation light towards the optical detector 37.
  • the fluorescence is exalted at the input end 66 by the presence at this level of the walls of the sheet.
  • the molecules 27 present in the channel 65 can be imaged by the optical detector 37 through the translucent sheet 64 for a long time.
  • FIG. 8 represents a portion of the outer surface 62a of the membrane around the pore 78.
  • Patterns are provided for example in the form of metallizations 76.
  • the set of metallizations 76 formed around the pore 78 forms an optical pattern generally designated by the reference 34.
  • Figures 13a and 13b give examples. In FIG. 13a, two triangular-shaped sheets 76 are used diametrically opposite with respect to the pore 78. In FIG. 13b, concentric rings around the pore 78 are used. These geometries make it possible to define plasmonic antennas at the level of the pore 78. inlet end 66 of the pore.
  • the optical pattern 34 may make it possible to improve the optical excitation of the macro-molecule by the light source 77 at the moment of its entry into the passage 8.
  • optical detection systems may also be incorporated, where appropriate, in the embodiments of FIGS. 4, 5, 6 and 7.
  • the cooperation of the optical and electrical detections may make it possible to better characterize the molecule.
  • Figure 9 very schematically describes a plant 51 for manufacturing the body 61.
  • the through hole 69 can be formed through a substrate 52 placed in a focussed ion beam emitting machine.
  • the substrate 52 is intended to become a body 61. It is placed on a sample holder 53.
  • a tip 54 is used to emit ions, such as for example gallium ions, which are extracted by an extractor 55. and focused by an electrostatic system 56 to pierce the pore, to the sufficient size, in the substrate 52.
  • the substrate 52 has, if appropriate, been previously produced by evaporating the conductive metal on one or more surfaces of the insulating substrate and then in structuring the tracks by lithography.
  • the channel bottom 63 and the bowl bottom 73 may be made by the same kind of operation on a surface of the substrate, relatively moving the beam and the substrate, and adjusting the exposure time.
  • the focused ion beam fabrication makes it possible in particular to obtain geometries that are compatible with the desired application, which are stable by limiting the risks of filling the passage and providing a relatively abrupt edge thereof. Synthetic passages are more easily integrated.
  • the ions used such as gallium ions, may as well pierce the insulating substrate as the metal layer located at the top and / or bottom surface thereof, depending on the embodiments. The process is very reproducible (variations of the order of 2-5%).
  • FIG. 10 An exemplary variant is provided in FIG. 10.
  • the compartments 6a, 6b are arranged on the same side of the lamella 24.
  • the compartments 6a, 6b are separated by a wall 72.
  • the inlet ends 66 and output 67 are formed on either side of the wall 72.
  • a lamella 24 can be obtained by implementing the manufacturing method described above up to the step of Figure 3e, in which the bottom of bowl 73 is pierced until unclogged.
  • the sheet 64 is also assembled as in FIG. 3f, but it is not pierced.
  • the wall 72 is mounted on the face 62a of the lamella.
  • the device described above could incorporate its own compartments 6a, 6b.
  • the compartments 6a, 6b could be made directly by recesses formed in the body 61 on either side of the channel 65. This could be achieved, according to the method above, stopping at the step of FIG. 3f, replacing the step of generating the through-hole 69 by the manufacture of a blind hole (which is possible if the body 61 is sufficiently thick and / or by adjusting the method of etching the holes 69, 74) .
  • the blind holes can then serve as a reservoir.
  • the channel opens into an inlet and / or outlet tank formed in the body.
  • the covering sheet covers the inlet reservoir and / or, respectively, exit to close it / them.
  • the system is substantially sealed, and can be provided to miniaturize the electrical system 10 to integrate it into the device.
  • the displacement of the molecules is generated by an electrical action.
  • other technologies are possible, such as by controlling the hydrostatic flow (suction for example), gravity, ...
  • Applications envisaged include protein analysis for diagnostics, drug development, identification of molecules for safety and defense applications and environmental protection, desalination of seawater, generation electrical or hydraulic energy.

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Abstract

Le dispositif micro-fluidique comprend un corps (61) et un feuillet couvrant (64). Le corps (61) comprend une portion de base (62) qui comporte une surface extérieure (62b), un fond de canal (63) qui s'étend selon une direction longitudinale principale (X) et formé dans la portion de base (62) au niveau de la surface extérieure (62b). Le fond de canal (63) est formé par faisceau d'ion focalisé. Le feuillet couvrant (64) est assemblé à la portion de base (62) et recouvre le fond de canal (63).

Description

DISPOSITIF MICRO-FLUIDIQUE ET APPAREIL COMPRENANT UN TEL
DISPOSITIF .
La présente invention est relative aux dispositifs micro-fluidiques et aux appareils comprenant de tels dispositifs .
Un exemple de tel appareil est un appareil d ' électrophorèse .
Le principe de 1 ' électrophorèse repose sur la migration d'espèces porteuses d'une charge électrique globale qui se déplacent sous l'action d'un champ électrique généré par l'application d'une différence de potentiel appliquée de part et d'autre d'une membrane percée d'un passage de dimensions transverses nanométriques .
De tels procédés ont notamment été mis en œuvre en utilisant des membranes biologiques. Toutefois, à cause des problèmes intrinsèques à l'utilisation de telles membranes biologiques, on cherche de plus en plus à avoir recours, si possible, à une membrane munie d'un passage artificiel (ou membrane « synthétique ») .
Le document B. Schiedt et al. intitulé « Direct FIB fabrication and intégration of 'single nanopore devices' for the manipulation of macromolecules », Microelectron . Eng. (2010), doi : 10.1016/ .mee .2009.12.073 décrit un exemple d'un tel appareil. Un événement, tel la migration d'une macromolécule de la solution au travers d'un pore, est détecté par une chute du courant détecté par le système de lecture (Fig. 3b et 3c de ce document - cf Fig. 2a de la présente demande) .
A l'heure actuelle, la seule information que l'on sait obtenir à l'aide d'une telle installation est une information de type binaire : migration ou non de la macromolécule à travers le nanopore.
On cherche à améliorer la détection des événements. A cet effet, selon l'invention, on prévoit un dispositif micro-fluidique comprenant un corps et un feuillet couvrant,
le corps comprenant une portion de base comportant une surface extérieure, un fond de canal s 'étendant selon une direction longitudinale principale étant formé dans la portion de base) au niveau de la surface extérieure, le fond de canal étant formé par faisceau d'ion focalisé,
le feuillet couvrant étant assemblé à la portion de base en recouvrant au moins partiellement le fond de canal, formant ainsi un canal.
Grâce à ces dispositions, on augmente la détectabilité de la macro-molécule au niveau du passage, ce qui peut être utile pour plusieurs types d'applications.
Dans des modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
le feuillet couvrant comprend une couche électriquement conductrice et/ou une couche électriquement isolante, par exemple une superposition d'une couche électriquement conductrice et d'une couche électriquement isolante, notamment dans lequel une couche du feuillet comprend, notamment est constitué de, graphène, nitrure de bore (h-BN) ou disulfure de molybdène (M0S2) ;
- le corps comprend, notamment est constitué de silicium, ou d'un oxyde, carbure ou nitrure de silicium ;
le dispositif micro-fluidique comprend en outre au moins une électrode disposée au moins partiellement au voisinage du canal ;
- le dispositif micro-fluidique comprend une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie toutes deux en communication fluidique avec le canal ;
l'extrémité d'entrée et/ou l'extrémité de sortie fait partie d'un pore traversant le corps débouchant dans le canal et s 'étendant selon la direction d'épaisseur ; le canal débouche dans un compartiment d'entrée et/ou de sortie, ménagé dans le corps ;
- le feuillet couvrant recouvre le compartiment d'entrée et/ou de sortie ;
- la profondeur et/ou la largeur du canal varient le long de la direction longitudinale principale ;
- le corps est un corps mince, d'épaisseur inférieure à 10 microns ;
un fond de cuvette est formé dans la portion de base au niveau de la surface extérieure, le fond de cuvette étant formé par faisceau d'ion focalisé,
Le feuillet couvrant étant assemblé à la portion de base en recouvrant au moins partiellement le fond de cuvette, formant ainsi une cuvette en communication fluidique avec le canal.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un appareil comprenant :
- un réservoir adapté pour recevoir une solution électriquement conductrice,
- un tel dispositif micro-fluidique plongé dans le réservoir, et séparant le réservoir en un premier et un deuxième compartiments, le canal étant en communication fluide avec les premier et deuxième compartiments pour permettre une communication fluide entre les premier et deuxième compartiments,
- un système de transport adapté pour générer un déplacement de la solution dans le réservoir quand celui-ci contient la solution,
un système de caractérisâtion des espèces contenues dans le réservoir.
Dans des modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et /ou à l'autre des dispositions suivantes :
le système de transport comprend un système électrique adapté pour appliquer un champ électrique dans le réservoir quand celui-ci contient la solution,
le système de caractérisâtion comprend un système de lecture du champ électrique dans le réservoir ;
l'appareil comprend en outre un système de modulation d'un champ électrique présent dans le canal ;
le système électrique comprend une première et une deuxième électrodes disposées respectivement dans le premier et le deuxième compartiments, entre lesquelles est appliqué le champ électrique,
le système de modulation comprend lesdites première et deuxième électrodes réversibles, et un système d'inversion adapté pour inverser la polarité d'un champ électrique appliqué entre les deux électrodes ;
le système de modulation comprend un jeu d'électrodes locales comprenant au moins ladite électrode, et un générateur adapté pour faire appliquer un champ électrique local au niveau du canal via ledit jeu d'au moins une électrode locale ;
l'appareil comprend en outre un système de lecture optique adapté pour prendre une image du canal.
l'appareil comprend au moins l'une des dispositions suivantes :
le dispositif micro-fluidique (7) comporte un unique passage,
- la solution comporte une concentration importante en soluté, et une concentration faible en particules (27), les particules étant potentiellement identiques, voire une particule unique, la dimension transverse des particules pouvant être comprise entre 0.5 et 0.9 fois la dimension transverse du canal.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de sept de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins :
la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un appareil selon un premier mode de réalisation, utilisé avec une première polarité ;
- la figure la est une vue correspondant à la figure 1 pour le même appareil utilisé selon une deuxième polarité,
- la figure 2a est un graphique montrant l'intensité du courant ionique circulant entre les deux électrodes, et mesurée avec l'appareil de la figure 1 en fonction du temps,
la figure 2b est un schéma explicatif montrant un exemple simplifié d'un tel graphe, et représentant schématiquement la migration d'une macromolécule à travers le passage en deux instants distants et bouchant ainsi le passage de deux manières différentes,
- la figure 3a est une vue schématique macroscopique en coupe d'une partie de membrane pour l'appareil selon le premier mode de réalisation,
- les figures 3b à 3g sont des vues schématiques microscopiques montrant différentes étapes successives de fabrication du feuillet équipant la membrane,
la figure 3h est un grossissement (partie Illh) de la figure 3a,
- la figure 3i est une vue schématique de dessus d'une variante de réalisation,
- la figure 3j est une vue schématique en coupe d'une variante de réalisation,
la figure 4 est une vue schématique d'une partie de membrane selon un deuxième mode de réalisation,
les figures 4a et 4b sont des vues en coupe partielle dans le même plan de coupe que la figure 3h, pour deux variantes de réalisation à électrode intégrée,
les figures 5, 6 et 7 sont des vues correspondant à la figure 4 pour, respectivement, des quatrième, cinquième et sixième mode de réalisation de
1 ' invention,
la figure 8 est une vue de dessus de la membrane selon un septième mode de réalisation,
- la figure 9 est une vue schématique d'un appareil de fabrication d'une telle membrane,
la figure 10 présente une variante de réalisation de la figure 1,
la figure 11 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de la lamelle,
la figure 12 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de la lamelle, et
les figures 13a et 13b sont des vues en perspective de la face inférieure de la lamelle.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
La figure 1 représente schématiquement un appareil d ' électrophorèse 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Un tel appareil présente une partie instrumentale 2 ainsi qu'un dispositif informatique 3 qui y est relié. Le dispositif informatique 3 peut agir principalement pour :
commander des instruments de la partie instrumentale 2 et/ou,
- recevoir des données de la partie instrumentale
2.
Le dispositif informatique 3 comporte classiquement une unité centrale 4 comprenant un processeur adapté pour exécuter des programmes, des mémoires vives ou mortes, ... . Il comprend également des interfaces avec un utilisateur tel qu'un clavier 5a, une souris 5b et/ou un écran 5c.
Le dispositif instrumental 2 comporte un réservoir 6 contenant un fluide adapté pour mettre en œuvre une électrophorèse dans le réservoir 6. Un tel fluide est par exemple une solution liquide.
La solution comprend par exemple des anions et des cations d'un même sel, en concentration élevée, et des particules en concentration faible. Les particules sont des objets de dimension au moins cent fois supérieures aux ions de la solution, et largement inférieure au micron (par exemple inférieure à 100 nm, voire à 10 nm) . A titre d'exemple de particules, on prévoit par exemple des colloïdes, des macromolécules, on peut citer les molécules d'ADN, d'ARN, des protéines, des polysaccharides, ou autres. On prévoit, dans la solution, une concentration faible de macromolécules qui, selon les applications, peuvent être différentes les unes des autres ou identiques entre elles. La concentration la plus faible envisagée est de disposer d'une unique telle macromolécule dans la solution .
On dispose dans le réservoir 6 une membrane 7 séparant le réservoir 6 en deux compartiments 6a, 6b. La membrane 7 est fournie dans le réservoir 6 de manière à ce que les échanges fluidiques entre le premier et le deuxième compartiment puissent se faire uniquement par l'intermédiaire de passages 8 de la membrane 7. Selon les applications, on prévoit un ou plusieurs passages 8 disposés dans la membrane 7. La membrane 7 est une membrane synthétique, ou artificielle, c'est-à-dire fabriquée, par opposition aux membranes poreuses biologiques connues. Sur la figure 1, un unique passage 8 est représenté schématiquement . La fabrication de la membrane 7 sera expliquée ci-après.
Les figures 3a (macroscopique) et 3h
(microscopique) donnent un exemple de la membrane synthétique utilisée pour le premier mode de réalisation ci-dessus. Celle-ci comporte classiquement une base rigide 22 qui peut être fixée en place à la position appropriée dans le réservoir et contribue à la rigidité mécanique de la membrane. Cette base 22 est munie d'un trou 23 qui fait par exemple quelques microns de diamètre dans le plan X-Y transversal à la direction macroscopique de déplacement Z de la macromolécule entre les deux compartiments 6a, 6b. Le trou 23 est recouvert d'une fine lamelle 24 fixée à la base 22 de toute manière appropriée pour empêcher le passage d'espèces au niveau de la fixation. La lamelle 24 est par exemple tendue légèrement. La lamelle 24 est munie d'au moins un passage 8.
La figure 3h décrit un grossissement de la lamelle
24 au niveau du passage 8.
La lamelle 24 comprend un corps 61. Le corps 61 est par exemple réalisé à partir d'un matériau sensiblement rigide de tout type approprié, tel que, notamment, du silicium, Si02, SiC ou SiN. Le corps 61 présente une épaisseur inférieure au micron, par exemple de l'ordre de 0,1 micron. Le corps 61 peut être translucide, dans des applications mettant en oeuvre une détection optique.
Le corps 61 comprend une portion de base 62 comprenant deux surfaces extérieures opposées 62a, 62b. Un pore 78 s'étend entre les surfaces extérieures opposées 62a, 62b.
Un fond de canal 63 s'étend selon une direction longitudinale principale X en étant formé dans la portion de base 62 au niveau de la surface extérieure 62b. Le fond de canal 63 présente une largeur de l'ordre de ou inférieure à un tiers de l'épaisseur de la lamelle 24, par exemple de l'ordre de ou inférieure à un dixième de l'épaisseur de la lamelle 24.
Le fond de canal 63 débouche dans le pore 78.
Le fond de canal 63 peut déboucher dans un fond de cuvette 73. Le fond de cuvette 73 présente toute forme appropriée. Il est formé dans la portion de base 62 au niveau de la surface extérieure 62b. Le fond de cuvette 73 présente une largeur supérieure à la largeur du fond de canal 63. Cette largeur peut être d'au moins deux fois la largeur du fond de canal 63.
La lamelle 24 comporte également un feuillet couvrant 64 assemblé au corps 61.
Le feuillet couvrant 64 est assemblé à la portion de base 62 en recouvrant au moins partiellement la surface extérieure 62b, et notamment en recouvrant au moins partiellement le pore 78, le fond de canal 63 et le fond de cuvette 73. Le pore 78 est bouché d'un côté par le feuillet 64. Le fond de canal 63 et le feuillet couvrant 64 forment ainsi ensemble un canal (ou fossé) 65 fermé. Une profondeur p du canal est de l'ordre de la largeur du fond de canal 63 selon une direction de profondeur Z transversale aux directions longitudinale principale X et de largeur Y. Le canal 65 présente une profondeur de l'ordre de ou inférieure à un tiers de l'épaisseur de la lamelle 24, par exemple de l'ordre de ou inférieure à un dixième de l'épaisseur de la lamelle 24. Cette profondeur est par exemple inférieure à 0,5 micromètres selon la direction de profondeur.
Le fond de cuvette 73 et le feuillet couvrant 64 forment ainsi ensemble une cuvette 74 couverte. La cuvette 74 est en communication fluidique avec le canal 65 au niveau d'un débouché 75. Une profondeur p de la cuvette est supérieure à la profondeur du canal 65 selon la direction de profondeur Z transversale aux directions longitudinale principale X et de largeur Y. La cuvette 74 présente une profondeur de l'ordre de ou inférieure à la moitié de l'épaisseur de la lamelle 24, par exemple de l'ordre de ou inférieure à un dixième de l'épaisseur de la lamelle 24. La cuvette 74 présente une profondeur de l'ordre de ou supérieure à 1,2 fois la profondeur du canal 65. Cette profondeur est par exemple inférieure à 0,5 micromètres selon la direction de profondeur.
Le feuillet 64 de recouvrement comprend, notamment est constitué de, graphène, nitrure de bore (BN) ou disulfure de molybdène (M0S2) . Le feuillet 64 peut être d'épaisseur faible, notamment inférieur au nanomètre, ce qui permet d'y réaliser facilement une ouverture traversante ou pore 68. Le feuillet est par exemple réalisé comme un cristal bidimensionnel, d'épaisseur atomique.
La lamelle 24 comporte une extrémité d'entrée 66 et une extrémité de sortie 67. Les termes d'« entrée » et « sortie » sont utilisés par référence à l'orientation de la lamelle 24 dans le réservoir selon le présent exemple de réalisation, mais sont illustratifs seulement, car la lamelle 24 pourrait alternativement être utilisé pour un déplacement de molécules dans le sens opposé. Les extrémités d'entrée et de sortie 66, 67, sont en communication fluidique d'une part avec le canal 65 et d'autre part, respectivement, avec le premier compartiment et le deuxième compartiment. Notamment, le feuillet 64 comporte un pore ou ouverture traversante 68 débouchant dans la cuvette 74 et comportant l'extrémité de sortie 67. Le corps 61 comporte le pore 78 débouchant dans le canal 65 et comportant l'extrémité d'entrée 66. Le pore 78 et le pore 68 sont décalés l'un de l'autre dans le plan X-Y, l'extrémité d'entrée 66 et l'extrémité de sortie 67 sont décalées l'une de l'autre dans le plan X-Y. Ainsi, le passage 8 comprend une première portion, correspondant sensiblement au pore 78, et s 'étendant selon la direction Z, une deuxième portion, correspondant sensiblement au canal 65 et à la cuvette 74, s 'étendant dans le plan X-Y, et une troisième portion, correspondant sensiblement à au pore 68, et s 'étendant selon la direction Z.
Le passage 8 présente une dimension transverse D (c'est-à-dire la dimension transverse de sa portion la plus étroite) de l'ordre de la dimension de la macromolécule sujette à 1 'électrophorèse, en étant légèrement supérieure à cette dimension transverse de molécule. Ainsi, selon le type de macromolécule à étudier, on pourra réaliser différents types de membrane, présentant des passages de dimensions transverses D différentes. La dimension D est par exemple choisie de sorte que la dimension transverse de la macromolécule soit comprise entre 0,5 et 0,9 fois la dimension transverse D du passage. La dimension D est par exemple de l'ordre de 25 nanomètres ou moins, voire inférieure à 10 nanomètres ou moins. La dimension choisie dépend de la taille des macromolécules à étudier. L'épaisseur du canal 65 est par exemple de l'ordre de grandeur de la dimension D. En variante, il peut être de l'ordre de grandeur de quelques fois D.
Un passage 8 d'une telle dimension peut être réalisé par une technique de faisceau d'ions focalisés par exemple.
Les figures 3b à 3h illustrent un exemple de procédé de formation de la lamelle 24.
Comme représenté sur la figure 3b, on part d'un corps 61 plein et intègre.
Par faisceau d'ion focalisé (figure 3c), on réalise dans le corps 61 un trou traversant 69 s 'étendant selon la direction Z, et destiné à former le pore 78.
Par faisceau d'ion focalisé (figure 3d) , on réalise dans le corps 61 un fond de canal 63 dans la surface extérieure 62b, s 'étendant selon les directions X et/ou Y à partir du trou traversant 69. Il suffit pour cela de réduire le temps d'exposition au faisceau du corps 61, tout en imposant un mouvement relatif au corps 61 et au faisceau selon le dessin souhaité pour le fond de canal 63. La longueur et la géométrie du fond de canal 63 peuvent être choisies en fonction de l'application. La longueur du fond de canal est au moins de l'ordre de la longueur de la macro-molécule .
Par faisceau d'ion focalisé (figure 3e), on réalise dans le corps 61 un fond de cuvette 73 dans la surface extérieure 62b, débouchant dans le fond de canal 63. Il suffit pour cela d'augmenter le temps d'exposition au faisceau du corps 61, tout en imposant un mouvement relatif au corps 61 et au faisceau selon la forme souhaitée pour le fond de cuvette 73. La longueur et la géométrie du fond de cuvette 73 peuvent être choisies en fonction de 1 ' application .
Puis (figure 3f ) , on assemble le feuillet couvrant 64 au corps 61, au niveau de la surface extérieure 62b, fermant ainsi le canal 65 et la cuvette 74.
Ensuite (figure 3g) , on perce le feuillet 64 au niveau de la cuvette 74, formant ainsi le pore 68. Ce perçage peut être fait par faisceau d'ion focalisé, en visant à réaliser un perçage aussi petit que possible, tout en restant suffisamment grand pour laisser passer la macro¬ molécule. Le temps d'exposition de la lamelle 24 au faisceau est réduit, de manière à garantir de ne pas mettre en œuvre un perçage traversant du corps 61 dans cette étape. Si la cuvette 74 est de dimensions suffisamment importantes, il n'est pas utile d'avoir une précision très importante en ce qui concerne le positionnement de cette étape de perçage. Il suffit que le pore 68 soit réalisé de manière à déboucher dans la cuvette 74.
On décrit ci-dessous une mise en œuvre possible du dispositif micro-fluidique qui vient d'être décrit. Il s'agit d'une mise en œuvre dans le cadre d'une électrophorèse .
On dispose dans le premier compartiment 6a une première électrode 9a et on dispose dans le deuxième compartiment 6b une deuxième électrode 9b. Les première et deuxième électrodes 9a, 9b font partie d'un système électrique 10 adapté pour générer un champ électrique dans le réservoir 6 quand celui-ci contient la solution. Le système électrique 10 comprend un générateur électrique 11 relié par un pôle à chacune des électrodes 9a, 9b. Le générateur électrique 11 permet d'appliquer une différence de potentiel entre les électrodes 9a et 9b.
On dispose également d'un système de lecture 12.
11 s'agit par exemple d'un ampèremètre branché en série entre un des pôles du générateur 11 et l'électrode correspondante. Le système de lecture 12 est relié au dispositif informatique 3, qui enregistre l'intensité du courant électrique circulant dans le circuit.
Le mode de réalisation qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. Comme représenté sur la figure 1, le générateur 11 applique une différence de potentiel entre les électrodes 9a et 9b, ce qui génère un champ électrique dans la solution à l'intérieur du réservoir. On peut par exemple prévoir que, au début de l'expérience, les macromolécules sont toutes disposées dans un compartiment donné tel que, par exemple, le premier compartiment 6a. On peut connaître par avance la charge globale de la macromolécule, ce qui permet d'appliquer un champ électrique tel que celle-ci sera attirée par la deuxième électrode 9b, et devra par conséquent passer à travers le passage 8.
Comme représenté sur la figure 2a, pour une différence de potentiel V donnée appliquée par le générateur électrique 11, l'ampèremètre détecte un courant électrique I en fonction du temps t. Le courant électrique est par exemple de l'ordre de 10 nano-Ampères (nA) . Au bruit de mesure près, le courant mesuré est relativement constant à part un événement 15 visible représenté par une chute de la valeur du courant. On notera le caractère infinitésimal de cette chute (environ 0,4 nA) , ainsi que sa durée brève (inférieure à 0,1 seconde, généralement quelques milli-secondes ) . On utilise donc des ampèremètres
12 capables de détecter de si faibles niveaux de signal, et des générateurs capables de générer des tensions suffisamment constantes pour qu'une telle différence soit détectable .
Il est communément admis que cet événement correspond à la migration d'une macromolécule au travers du passage. Une explication plausible de ce phénomène est que la macromolécule, pendant sa migration à travers le passage, bouche sensiblement celui-ci, et empêche par conséquent le libre écoulement des autres ions de la solution, comme il avait lieu avant l'entrée de la macromolécule dans le passage. Il en résulte une résistance électrique accrue de la solution et, par conséquent, pour un niveau de tension donné, une chute du courant I.
La figure 2b illustre très schématiquement ce phénomène pour une fibre de chromatine. Sur la fenêtre de gauche, un lien 16 de faible épaisseur disposé entre deux amas 17a, 17b plus épais passe à travers le passage 8 sans sensiblement modifier la valeur du courant électrique mesuré par rapport au niveau de référence (plateau 18 du graphe I(t) mesuré), alors que le passage de l'amas 17b entraîne la chute du courant (plateau 19 dudit graphe) . Le passage d'un amas 17c de taille intermédiaire pourrait correspondre à une intensité intermédiaire entre les plateaux 18 et 19 (plateau 20) . Le graphe de la figure 2b est représenté sans échelle.
Selon un mode de réalisation, on applique un champ électrique, et on détecte la migration de la macromolécule à travers le passage 8 comme expliqué ci-dessus. La longueur du passage 8 étant plus importante que lorsque celui-ci est réalisé essentiellement de manière transversale à la lamelle, la durée pendant laquelle on détecte un courant électrique comme expliqué ci-dessus en relation avec les figures 2a et 2b est plus longue. Par conséquent, on obtient plus d'information quant à la migration de la macromolécule à travers le passage 8.
Selon un mode de réalisation, il est prévu en outre un système de modulation 13 du champ électrique. Dans ce mode de réalisation, le système de modulation 13 est un système de modulation globale. Il permet d'influer sur le champ électrique dans tout le réservoir. Il comporte d'une part la caractéristique selon laquelle les électrodes 9a et 9b sont réversibles. Un exemple de telles électrodes est par exemple un couple d'électrodes en Ag/AgCl.
Selon ce mode de réalisation, le système de modulation comprend également un inverseur 14 adapté pour inverser la polarité du générateur électrique 11. L'inverseur 14 est également relié au dispositif informatique 3, qui peut commander l'inversion en question.
Lorsque l'unité centrale 4 détecte qu'un événement a lieu (elle mesure par exemple si une durée, pendant laquelle le courant mesuré est inférieur d'un certain seuil par rapport au courant de référence, est supérieure à un certain seuil de temps), il peut commander à l'inverseur 14 d'inverser la polarité appliquée par le générateur 11, tel que représenté sur la figure la. L'inversion du potentiel appliqué par le générateur 11 à un instant t± va engendrer l'inversion du champ électrique à l'intérieur du réservoir 6, de sorte que la macromolécule 27 va désormais être attirée par l'électrode 9a. Le système de modulation est donc activé par le système de lecture.
Comme cela est visible sur la figure 2a, on va alors détecter un deuxième événement 21 qui peut, comme représenté, être symétrique par rapport à l'événement 15 si la macromolécule n'a pas eu le temps de se retourner.
En répétant le même procédé un grand nombre de fois, on va donc obtenir de nombreuses lectures correspondant aux migrations de la macromolécule à travers le passage. Ces différentes lectures peuvent être additionnées par l'unité centrale 4, afin d'augmenter le rapport signal/bruit de la mesure de courant. On utilise un inverseur permettant de mettre en œuvre une telle inversion présentant des phénomènes transitoires pendant un temps suffisamment bref à l'échelle du temps de migration de la macromolécule dans le passage. Ce procédé est particulièrement intéressant si une unique macromolécule est présente dans la solution.
Dans l'exemple de réalisation ci-dessus, on attend la fin de la migration de la macromolécule à travers le passage pour procéder à l'inversion. En variante, on pourrait ne pas procéder ainsi, mais procéder à une inversion systématique avant la fin de la migration de la macromolécule à travers le passage, dans un sens comme dans l'autre. En procédant ainsi, le temps d'expérience serait fortement diminué, puisque la macromolécule serait en permanence présente dans le passage. Toutefois, on pourrait n'obtenir que très peu informations sur les extrémités de la macromolécule. En procédant ainsi, on pourrait utiliser une solution comprenant plusieurs macromolécules, le cas échéant différentes, qui seraient analysées tour à tour.
Selon la présente invention, on a réalisé un passage 8 de grande longueur, ce qui permet d'augmenter le temps de présence de la macro-molécule dans le passage, sans augmenter l'épaisseur de la membrane. De plus, une majeure partie de ce passage 8 est réalisée en surface, la macro-molécule est donc facilement accessible pour être détectée (le feuillet 64 est notamment transparent à un certain nombre de rayonnements, notamment translucide, permettant ainsi une détection optique de la macro¬ molécule) .
Ces avantages sont également présents dans le cas où le procédé d ' électrophorèse ne met en œuvre aucune inversion.
En variante le canal 65 pourrait ne pas être profilé (c'est-à-dire de section transversale constante). Comme représenté sur les figures 3i et 3 , en variante, la largeur 1 du canal pourrait varier selon la direction longitudinale de celui-ci. En variante ou en complément, la profondeur p du canal pourrait varier selon la direction longitudinale de celui-ci. Ces variations dimensionnelles peuvent être obtenues par des ajustements du faisceau d'ion focalisé lors de l'étape de réalisation du fond de canal (figure 3d) .
Les canaux représentés ci-dessus sont longitudinaux selon la direction X. Toutefois, on pourrait envisager toute géométrie dans le plan X-Y.
Un deuxième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en relation avec la figure 1 et la figure 4. L'appareil correspond sensiblement à l'appareil représenté sur la figure 1, à la différence que le système de modulation 13 du second mode de réalisation ne comprend pas l'inverseur 14 de la figure 1, ni le fait que les électrodes 9a et 9b sont réalisées réversibles. Selon le second mode de réalisation, le système de modulation 13 du champ électrique dans le réservoir est un système de modulation local. Il permet d'influer localement au niveau du passage sur le champ électrique présent dans le canal 65. Il comprend une électrode locale 25 disposée sur la membrane 7 (en particulier sur la lamelle 24) à proximité du canal 65. Le feuillet 64 peut alors être réalisé en un matériau électriquement isolant, tel que le nitrure de bore hexagonal (h-BN) . Ceci permet au feuillet 64 d'isoler électriquement l'électrode locale 25 par rapport à d'autres éléments électriquement conducteurs du système. On peut également prévoir que le feuillet 64 est réalisé par superposition de couches, donc une couche électriquement isolante (h-BN) est disposée en regard de l'électrode 25, et comprenant une couche électriquement conductrice (en graphène par exemple) . En particulier, on peut prévoir un multi-couche isolant (h-BN) , conducteur (graphène) , isolant (h-BN) .
Pour fixer les idées, par rapport à la figure 1, la membrane 7 comporte une surface 7b orientée vers l'électrode 9b, placée dans le deuxième compartiment 6b, et une face 7a, orientée vers l'électrode 9a, placée dans le premier compartiment 6a. Selon le mode de réalisation de la figure 4, l'électrode 25 est réalisée sur la face 7b de la membrane 7. Dans ce mode de réalisation, la membrane 7, et en particulier le corps 61, est réalisée dans un matériau électriquement isolant. L'électrode 25 est par exemple réalisée sous la forme d'une couche d'or ou de platine présentant un certain motif. Plus précisément, l'électrode 25 est réalisée sur la surface extérieure 62b du corps 61. L'électrode 25 est interposée (dans le sens de l'épaisseur) entre le corps 62 et le feuillet 64 (qui n'est pas représenté sur la figure 4) . Ceci peut par exemple être réalisé en réalisant l'électrode avant l'étape de report du feuillet (figure 3f ) , voire même avant les étapes de gravure réalisées par faisceau d'ion focalisé (auquel cas le pore 78, le fond de canal et le fond de cuvette peuvent être réalisé en gravant aussi le matériau conducteur constitutif de l'électrode).
En variante encore, l'électrode 25 est réalisée par-dessus le feuillet 64 en matériau électriquement isolant, comme représenté sur la figure 4a.
En variante encore, l'électrode 25 peut être réalisée sur la surface extérieure 62a opposée à celle dans laquelle est formé le fond de canal 63, comme représenté sur la figure 4b.
Dans le présent exemple de réalisation, on prévoit en fait un jeu de deux électrodes locales 25, 26 disposées de part et d'autre du canal 63, et reliées à un circuit électrique 30 local. Les deux électrodes locales 25 et 26 sont placées dans le circuit électrique local à un potentiel différent de manière à former une capacité. Ainsi, un champ électrique local est généré, et se superpose au champ électrique global appliqué par le générateur 11. Le circuit électrique 30 permet également de procéder à une lecture de cette capacité. Il est ainsi relié au système informatique 3. La macromolécule 27 présente, de sa première à sa deuxième extrémité, un ensemble de segments différents, et en particulier, faisant varier la capacité mesurée lors de leur présence entre les deux électrodes 25 et 26. Ainsi, outre le système de lecture 12 permettant de mesurer la migration de la macromolécule à travers le passage, le système de modulation du champ électrique, du fait de la présence des électrodes locales 25 et 26, permet d'obtenir des informations additionnelles lors de la migration de la macromolécule .
Du fait de la longueur du canal 65, on peut prévoir plusieurs emplacements pour des électrodes, ou des paires d'électrodes, le long de celui-ci.
Par ailleurs, quand les électrodes 25 et 26 sont prises en sandwich entre, d'une part, le corps 62 et, d'autre part, le feuillet 64, ce feuillet 64 permet d'isoler électriquement et chimiquement les électrodes 25 et 26 de la solution
Les électrodes nanométriques 25 et 26 de ces deux modes de réalisation sont raccordées, le cas échéant, au monde macroscopique (in fine au dispositif informatique 3) par des systèmes de micro-connexion.
Un quatrième mode de réalisation est représenté sur la figure 5. Ce mode de réalisation reprend les éléments de la figure 4, notamment la lamelle 24 disposant, sur sa surface 7b des électrodes locales 25 et 26. Celles- ci sont raccordées à un circuit électrique local 40 de manière à générer un champ électrique local Ey s 'étendant au niveau du canal 63 dans la direction Y transverse à la migration de la macromolécule.
L'application d'un champ électrique local permet d'influer sur la migration de la macromolécule à travers le canal 63 le long de la direction X. La macromolécule 27 est constituée d'une succession de molécules présentant chacune une charge partielle (négative, positive ou éventuellement nulle) contribuant à la charge globale de la macromolécule qui elle seule définit sa translocation d'un compartiment à un autre du réservoir. Le champ électrique local Ey va induire une force électrostatique sur ces charges partielles, qui vont être attirées et repoussées par les bords 31, 32 du canal 63. Par exemple, une partie 33 de la macromolécule, localement chargée positivement, va être attirée par le bord 31 du canal 63. Une interaction mécanique de frottement peut ainsi survenir de la macromolécule 33 sur le bord 31 du canal, ce frottement contribuant à freiner la macromolécule lors de sa migration à travers le canal 63. Il résulte de ce freinage que, sur le signal détecté de la figure 2a, l'événement 15 va durer plus longtemps, et sera par conséquent plus facile à étudier. L'application du champ électrique local peut être commandée par le système informatique 3.
Selon le niveau de charge locale de la macromolécule, et selon le niveau du champ électrostatique appliqué par les électrodes locales 25 et 26, il est envisageable de non seulement freiner la macromolécule 27 lors de sa migration à travers le canal 63, mais même de l'immobiliser. Le système de modulation local permet ainsi de définir une pince moléculaire. En effet, une fois la macromolécule ainsi maintenue, il est possible de lui faire subir toute sorte de traitements et/ou d'applications. Le système local permet déjà de mesurer la force appliquée à la molécule pour la maintenir en place. Cette force est une donnée additionnelle de caractéristique de la molécule à l'emplacement bloquée. La mesure est envoyée au système informatique 3.
Selon un cinquième mode de réalisation, représenté sur la figure 6, on peut cumuler les modes de réalisation des figures 4 et 5. Ainsi, on peut prévoir, en un premier emplacement du canal, de réaliser le système de lecture capacitive à l'aide des électrodes 25 et 26 et du circuit 30 tels que réalisés et décrits sur la figure 4 et, en un deuxième emplacement du canal, de réaliser le système de freinage/blocage tel que décrit sur la figure 5, à l'aide des électrodes 35 et 36 et du circuit 40.
Selon un sixième mode de réalisation, représenté sur la figure 7, on applique localement un champ électrique Ex dans la direction longitudinale X du canal 65. Ce champ électrique local Ex se superpose au champ électrique global imposé par les électrodes 9a et 9b. Le champ électrique local ainsi appliqué est utilisé pour localement influer sur le champ électrique au niveau du canal 65. On pourra ainsi réaliser une action de freinage ou de blocage de la macromolécule dans le canal 65, non pas par frottement mécanique comme décrit ci-dessus, mais en utilisant le champ électrique généré localement pour contrecarrer les effets du champ électrique global. Pour ce faire, on dispose d'une première électrode 45 s 'étendant en un premier emplacement de part et d'autre du canal 65, et d'une deuxième électrode 46 s 'étendant également de part et d'autre du canal 65 en un deuxième emplacement, et on relie ces deux électrodes par un générateur 50 adapté pour appliquer une différence de potentiel entre elles.
Pour les modes de réalisation ci-dessus, les électrodes peuvent être réalisées, dans l'épaisseur, selon les modes de réalisation appropriés des figures 4, 4a ou 4b décrites ci-dessus.
Le cas échéant, les modes de réalisation des figures 4 à 7 sont utilisés dans une membrane 7 équipant le dispositif de la figure 1. On superpose alors un système de modulation global du champ électrique avec un système de modulation local de celui-ci.
Selon un septième mode de réalisation, on couple à l'appareil d ' électrophorèse décrit ci-dessus un système de détection optique de la migration de la macromolécule à travers le passage 8. Notamment, on utilise un système de détection optique de la présence iou du déplacement de la macromolécule dans le canal 65.
Dans ce mode de réalisation, comme d'ailleurs dans les autres, on prévoit un détecteur optique 37, visible sur la figure 1, et adapté pour détecter optiquement une image au niveau du canal 65 sur la face 7b de la membrane. Le détecteur optique 37 est également relié au dispositif informatique 3 pour lui envoyer les signaux optiques détectés. Si le feuillet 64 est translucide, on peut détecter un événement tant que celui-ci se produit dans le canal 65, qui est de longueur importante.
Selon une première variante de réalisation, si la macromolécule est fluorescente, on peut utiliser, à titre du détecteur optique 37, un microscope confocal imageant le canal, et dont la détection permettrait de compter les molécules fluorescentes passant dans le canal. La fluorescence peut être générée par une source de lumière 77 située du côté opposé au détecteur optique 37, et illuminant l'extrémité d'entrée 66. Une telle source de lumière 77 est par exemple un LASER. On peut prévoir une couche opaque au niveau du corps 61, par exemple assemblée à la surface extérieure 62a sans boucher le trou traversant 69. La couche opaque peut par exemple être un feuillet métallique 76 (par exemple d'or ou d'alliage d'or, par exemple de type TiAu d'épaisseur inférieure au micron) assemblé au corps 61 avant les étapes de gravure au faisceau d'ion focalisé, et percé lors de la réalisation du trou traversant 69. Un exemple de réalisation est présenté sur la figure 12. Le feuillet 76 opaque bloque la transmission de la lumière d'excitation en direction du détecteur optique 37. La fluorescence est exaltée au niveau de l'extrémité d'entrée 66 par la présence à ce niveau des parois du feuillet. Les molécules 27 présentes dans le canal 65 peuvent être imagées par le détecteur optique 37 à travers le feuillet 64 translucide, pendant une durée longue .
Selon encore un autre mode de réalisation, la figure 8 représente une partie de la surface extérieure 62a de la membrane autour du pore 78. On prévoit des motifs par exemple sous la forme de métallisations 76. L'ensemble des métallisations 76 formées autour du pore 78 forme un certain motif optique désigné globalement par la référence 34. A titre d'exemple, on a représenté 6 métallisations , disposées radialement autour de l'extrémité d'entrée 66, et angulairement équidistantes les unes des autres. Toutefois, tout type de motifs appropriés est envisageable. Les figures 13a et 13b donnent des exemples. Sur la figure 13a, on a recours à deux feuillets 76 de forme triangulaire diamétralement opposés par rapport au pore 78. Sur la figure 13b, on utilise des anneaux concentriques autour du pore 78. Ces géométries permettent de définir des antennes plasmoniques au niveau de l'extrémité d'entrée 66 du pore.
Le motif optique 34 peut permettre d'améliorer l'excitation optique de la macro-molécule par la source de lumière 77 au moment de son entrée dans le passage 8.
Ces systèmes de détection optique peuvent également être incorporés le cas échéant dans les modes de réalisation des figures 4, 5, 6 et 7. La coopération des détections optique et électrique peut permettre de mieux caractériser la molécule.
La figure 9 décrit très schématiquement une installation 51 de fabrication du corps 61. On peut par exemple former le trou traversant 69 à travers un substrat 52 placé dans une machine d'émission de faisceau d'ions focalisés. Le substrat 52 est destiné à devenir un corps 61. Il est placé sur un porte-échantillons 53. Une pointe 54 est utilisée pour émettre des ions, tels que par exemple des ions gallium, qui sont extraits par une extractrice 55, et focalisés par un système électrostatique 56 pour aller percer le pore, à la dimension suffisante, dans le substrat 52. Le substrat 52 a, le cas échéant, préalablement été réalisé en évaporant le métal conducteur sur une ou plusieurs surfaces du substrat isolant puis en structurant les pistes par lithographie.
Le fond de canal 63 et le fond de cuvette 73 peuvent être réalisés par le même genre d'opération sur une surface du substrat, en déplaçant relativement le faisceau et le substrat, et en adaptant le temps d'exposition.
La fabrication par faisceau d'ions focalisés permet en particulier d'obtenir des géométries compatibles avec l'application recherchée, stables en limitant les risques de rebouchage du passage, et en fournissant un bord relativement abrupt de celui-ci. Les passages synthétiques sont plus facilement intégrables. De plus, les ions utilisés, tels que les ions au gallium, peuvent aussi bien percer le substrat isolant que la couche de métal située en surface supérieure et/ou inférieure de celui-ci, selon les modes de réalisation. Le procédé est très reproductible (variations de l'ordre de 2-5%) .
Les modes de réalisation ci-dessus prévoient que la membrane 7 sépare physiquement les deux compartiments 6a, 6b. Toutefois, des variantes sont possibles. Un exemple de variante est fourni sur la figure 10. Dans cette variante, les compartiments 6a, 6b sont disposés du même côté de la lamelle 24. Les compartiments 6a, 6b, sont séparés par une paroi 72. Les extrémités d'entrée 66 et de sortie 67 sont réalisées de part et d'autre de la paroi 72. Une lamelle 24 peut être obtenue en mettant en oeuvre le procédé de fabrication décrit ci-dessus jusqu'à l'étape de la figure 3e, dans laquelle le fond de cuvette 73 est percé jusqu'à déboucher. On assemble également le feuillet 64 comme sur la figure 3f, mais celui-ci n'est pas percé. Puis, on monte la paroi 72 sur la face 62a de la lamelle. En variante encore, comme représenté sur la figure 11, le dispositif décrit ci-dessus pourrait incorporer ses propres compartiments 6a, 6b. Ainsi, les compartiments 6a, 6b pourraient être réalisés directement par des évidements ménagés dans le corps 61 de part et d'autre du canal 65. Ceci pourrait être réalisé, selon le procédé ci-dessus, en s 'arrêtant à l'étape de la figure 3f, en remplaçant l'étape de génération du trou traversant 69 par la fabrication d'un trou borgne (ce qui est possible si le corps 61 est suffisamment épais et/ou en ajustant le procédé de gravure des trous 69, 74) . Les trous borgnes peuvent alors servir de réservoir.
Ainsi, dans cet exemple, le canal débouche dans un réservoir d'entrée et/ou de sortie, ménagé dans le corps.
Le feuillet couvrant recouvre le réservoir d'entrée et/ou, respectivement, de sortie pour fermer celui-ci/ceux- ci .
Dans ce cas, le système est sensiblement étanche, et on peut prévoir de miniaturiser le système électrique 10 pour l'intégrer dans le dispositif.
Dans les exemples ci-dessus, on génère le déplacement des molécules par une action électrique. Toutefois, en variante ou en complément, d'autres technologies sont envisageables, comme par contrôle du flux hydrostatique (aspiration par exemple), par gravité,...
Des applications envisagées concernent l'analyse de protéines pour des diagnostics, le développement de médicaments, l'identification de molécules pour des applications de type sécurité et défense et la protection de l'environnement, le dessalement de l'eau de mer, la génération d'énergie électrique ou hydraulique.
On pourrait prévoir de réaliser plusieurs passages similaires, chacun selon un exemple décrit ci-dessus, en parallèle dans la même membrane 7.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif micro-fluidique comprenant un corps (61) et un feuillet couvrant (64),
Le corps (61) comprenant une portion de base (62) comportant une surface extérieure (62b), un fond de canal (63) s 'étendant selon une direction longitudinale principale (X) étant formé dans la portion de base (62) au niveau de la surface extérieure (62b), le fond de canal (63) étant formé par faisceau d'ion focalisé,
Le feuillet couvrant (64) étant assemblé à la portion de base (62) en recouvrant au moins partiellement le fond de canal (63), formant ainsi un canal (65).
2. Dispositif micro-fluidique selon la revendication 1, dans lequel le feuillet couvrant (64) comprend une couche électriquement conductrice et/ou une couche électriquement isolante, par exemple une superposition d'une couche électriquement conductrice et d'une couche électriquement isolante, notamment dans lequel une couche du feuillet (64) comprend, notamment est constitué de, graphène, nitrure de bore (h-BN) ou disulfure de molybdène (MoS2) .
3. Dispositif micro-fluidique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps (61) comprend, notamment est constitué de silicium, ou d'un oxyde, carbure ou nitrure de silicium.
4. Dispositif micro-fluidique selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre au moins une électrode (25, 26, 35, 36, 45, 46) disposée au moins partiellement au voisinage du canal (65) .
5. Dispositif micro-fluidique selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant une extrémité d'entrée (66) et une extrémité de sortie (67) toutes deux en communication fluidique avec le canal (65) .
6. Dispositif micro-fluidique selon la revendication 5, dans lequel l'extrémité d'entrée (66) et/ou l'extrémité de sortie (67) fait partie d'un pore (78) traversant le corps (61) débouchant dans le canal (65) et s'étendant selon la direction d'épaisseur (Z).
7. Dispositif micro-fluidique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le canal débouche dans un compartiment d'entrée (6a) et/ou de sortie (6b), ménagé dans le corps (61) .
8. Dispositif micro-fluidique selon la revendication 7, dans lequel le feuillet couvrant (64) recouvre le compartiment d'entrée (6a) et/ou de sortie (6b) .
9. Dispositif micro-fluidique selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la profondeur et/ou la largeur du canal (65) varient le long de la direction longitudinale principale (X) .
10. Dispositif micro-fluidique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le corps (61) est un corps mince, d'épaisseur inférieure à 10 microns.
11. Dispositif micro-fluidique selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel un fond de cuvette (73) est formé dans la portion de base (62) au niveau de la surface extérieure (62b), le fond de cuvette (73) étant formé par faisceau d'ion focalisé,
Le feuillet couvrant (64) étant assemblé à la portion de base (62) en recouvrant au moins partiellement le fond de cuvette (73), formant ainsi une cuvette (74) en communication fluidique avec le canal (65) .
12. Appareil comprenant :
- un réservoir (6) adapté pour recevoir une solution électriquement conductrice,
un dispositif micro-fluidique (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 plongé dans le réservoir (6), et séparant le réservoir en un premier (6a) et un deuxième (6b) compartiments, le canal étant en communication fluide avec les premier et deuxième compartiments pour permettre une communication fluide entre les premier et deuxième compartiments,
un système de transport (10) adapté pour générer un déplacement de la solution dans le réservoir quand celui-ci contient la solution,
un système de caractérisâtion (12) des espèces contenues dans le réservoir.
13. Appareil selon la revendication 12, dans lequel :
- le système de transport comprend un système électrique (10) adapté pour appliquer un champ électrique dans le réservoir quand celui-ci contient la solution,
le système de caractérisâtion comprend un système de lecture (12) du champ électrique dans le réservoir.
14. Appareil selon la revendication 12 ou 13, comprenant en outre un système de modulation (13) d'un champ électrique présent dans le canal.
15. Appareil selon les revendications 13 et 14, dans lequel le système électrique (10) comprend une première et une deuxième électrodes (9a, 9b) disposées respectivement dans le premier et le deuxième compartiments, entre lesquelles est appliqué le champ électrique,
dans lequel le système de modulation (13) comprend lesdites première et deuxième électrodes (9a, 9b) réversibles, et un système d'inversion (14) adapté pour inverser la polarité d'un champ électrique appliqué entre les deux électrodes.
16. Appareil selon la revendication 14 quand elle dépend de la revendication 4 ou de l'une des revendications en dépendant, dans lequel le système de modulation (13) comprend un jeu d'électrodes locales (25, 26, 35, 36, 45, 46, 25', 25'', 26', 26'') comprenant au moins ladite électrode, et un générateur (30, 40, 50) adapté pour faire appliquer un champ électrique local au niveau du canal via ledit jeu d'au moins une électrode locale.
17. Appareil selon l'une des revendications 12 à 16, comprenant en outre un système de lecture optique (37) adapté pour prendre une image du canal .
18. Appareil selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, comprenant au moins l'une des dispositions suivantes :
le dispositif micro-fluidique (7) comporte un unique passage,
la solution comporte une concentration importante en soluté, et une concentration faible en particules (27), les particules étant potentiellement identiques, voire une particule unique, la dimension transverse des particules pouvant être comprise entre 0.5 et 0.9 fois la dimension transverse du canal.
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