EP3337613A1 - Carte fluidique comportant au moins une vanne fluidique - Google Patents

Carte fluidique comportant au moins une vanne fluidique

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Publication number
EP3337613A1
EP3337613A1 EP16757604.0A EP16757604A EP3337613A1 EP 3337613 A1 EP3337613 A1 EP 3337613A1 EP 16757604 A EP16757604 A EP 16757604A EP 3337613 A1 EP3337613 A1 EP 3337613A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluidic
fluid
channel
support
valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16757604.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Verplanck
Nicolas Sarrut
François BOIZOT
Manuel ALESSIO
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3337613A1 publication Critical patent/EP3337613A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B01L3/502738—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 integrated valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0874—Three dimensional network
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0655—Valves, specific forms thereof with moving parts pinch valves

Definitions

  • FLUID CARD COMPRISING AT LEAST ONE FLUID VALVE
  • the present invention relates to the field of fluidic cards, allowing in particular the realization of in vitro diagnostics. It particularly concerns the field of fluidic valves present on these fluidic boards and the field of techniques relating to the control of such fluidic valves.
  • the invention has applications in many industrial fields, such as among others the fields of medical research, biology, pharmaceuticals and the environment (air quality, threats, etc.).
  • the invention thus proposes a fluidic card comprising a first fluidic support and a second fluidic medium between which a diaphragm is placed to form a fluidic valve, as well as a method for controlling at least one fluidic valve of such a fluidic card. and a corresponding manufacturing method.
  • French Patent Application FR 3,006,207 A1 already discloses an example of a fluidic card comprising a fluidic channel formed in a rigid support, the fluidic card comprising a flexible film disposed on the surface of the rigid support at the level of which opens an opening. of the fluidic channel. The deformation of the flexible film between a closed position and an open position then makes it possible to prevent or allow fluid flow of the fluidic channel through the opening.
  • This fluidic card is used with a card holder, adapted to allow deformation of the flexible film when the fluidic card is plated on it. More precisely, the deformation is obtained by means of a pressure fluid circulating in a fluidic channel for controlling the card support.
  • the flexible film used may have a plastic deformation but not necessarily elastic, which may limit the possibility of vertical deflection.
  • the use of the card support requires aligning external means to the geometry of the fluidic card. If there is a change in fluidic card geometry, the card holder must be reconfigured. In particular, the external actuation being placed directly under the fluidic valve, it is then necessary to modify the support if it is desired to move the valve.
  • a fluidic device for performing chemical tests on which is performed a fluidic valve This is formed between an upper plate and a lower plate using a flexible diaphragm closing or opening the orifice of a fluid channel by pressurizing a port and a control chamber.
  • 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 improved alternative solution for the design of a fluidic fluidic valve for a simplified control of its operation.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, a fluidic card, characterized in that it comprises: a first fluid support in which at least an inlet fluidic channel and an outlet fluidic channel are at least partially formed, and
  • the fluidic card comprising a fluidic valve diaphragm positioned between the first and second fluidic supports, against a proximal surface of the first fluidic support and against a proximal surface of the second fluidic support, the fluidic inlet channel and the fluidic outlet channel opening on the proximal surface of the first fluidic support vis-à-vis the fluidic valve diaphragm, and the fluidic actuation channel opening on the proximal surface of the second fluidic support also vis-à-vis the diaphragm fluidic valve, to allow the formation of a fluidic valve,
  • the fluidic actuation channel being subjected to pneumatic actuation means of the fluidic valve
  • the fluidic valve diaphragm being adapted, under the action of the pneumatic actuating means of the fluidic valve, to be deformed between a closed position in which it prevents a flow of fluid between the inlet fluid channel and the fluidic channel of the fluidic valve; outlet, and an open position in which it allows the presence of a fluid flow space between the inlet fluid channel and the outlet fluid channel.
  • proximal surface of the first fluidic support is placed in direct contact with at least a portion of the proximal surface of the second fluidic support.
  • no material in particular a material used to act as a diaphragm or diaphragm, is placed between the two proximal surfaces of the first and second fluidic supports to take part in securing, in particular sealing, supports between them.
  • a fluidic channel can lead to a surface directly, that is to say without intermediate element (in contact with the surface), or indirectly.
  • a proximal surface when the channel opens into a developed intermediate space opening itself to the proximal surface.
  • the fluidic card may also be called a microfluidic or consumable card.
  • the assembly formed by the fluidic valve diaphragm disposed between the first and second fluidic supports constitutes a valve of the fluidic card.
  • the deformation of the fluidic valve diaphragm between the open and closed positions allows the regulation of this valve.
  • the valve of the fluidic card is therefore included therein, the assembly being consumable (i.e. disposable, after one or more uses depending on the application).
  • the deformation of the fluidic valve diaphragm is under the action of the pneumatic actuating means to reach the closed position. This deformation is advantageously reversible to allow the fluidic valve diaphragm to return to the normally open position.
  • the activation or control of the valve of the fluidic card can thus be done by pneumatic actuation and release on the diaphragm of the fluidic valve.
  • proximal and distal are to be understood in relation to the positioning of an element relative to the fluidic valve (s) formed between the first and second fluidic supports.
  • proximal surface of an element is the surface located closest to the fluidic valve or valves, while the distal surface of the element is the furthest surface from the fluidic valve or valves.
  • the invention it is possible to obtain a fluidic valve design of a fluidic card and a principle for controlling the operation of such a fluidic valve with great reliability and simplicity. It may also be possible to produce fluidic valves on different levels (or different heights) of a fluidic card, and on the same level, to implement fluidic valves of different materials. Indeed, in the case for example where a method provides for the use of solvents and water, some materials are suitable for solvents while others are more suitable for water. Depending on the position on the microfluidic circuit, it would be possible to vary the diaphragm material to optimize chemical compatibility.
  • the solution proposed by the invention can make it possible to integrate fluidic channels and pneumatic actuation channels on several levels of the fluidic card while simplifying the production and by grouping the air inlets and outlets for the actuation of the fluidic valves.
  • the fluidic valve design proposed by the invention can provide great flexibility in the production of a fluidic card.
  • the concept of fluidic card according to the invention can reduce the effort to be applied to the operation of the card, to obtain a better seal and a better resistance over time, to benefit from the great flexibility of materials used, their thickness and their diameter, among others.
  • the proposed perpendicular positional positioning of the diaphragm to be gripped over the entire periphery may make it possible to avoid the aforementioned disadvantages of the prior art as regards sealing and volume modification problems.
  • 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 include a plurality of input and output fluidic channels together forming a fluid circuit of the card. Such fluidic channels may, all or at least some, lead to a fluidic valve diaphragm to form a fluidic card valve as in the invention.
  • open position must be understood in a broad sense. Thus, it designates any position in which fluid can flow between the inlet fluid channel and the outlet fluid channel.
  • the expression “open position” can therefore correspond to different degrees of opening, for example a half-opening position, that is to say a median deformation of the fluidic valve diaphragm or else a median pressure exerted on the diaphragm of a fluidic valve, or a position of total opening, that is to say a zero deformation of the diaphragm of the fluidic valve or a lack of pressure exerted on the valve diaphragm fluidics.
  • the total open position allows maximum fluid flow between the inlet fluidic channel and the outlet fluidic channel.
  • the normally open position In the case of a normally open configuration, the rest position allows the fluid to flow without external energy input. The closing of the valve is effected by the application of a pressure. In the case of a normally closed configuration, the rest position prevents the fluid from flowing. It is possible to exert an external pressure to maintain the tightness in case of excessive fluid pressure.
  • the opening of the fluidic valve is then performed by depression. The opening degree of the open position can be adjusted depending on the deformability (ie pressure, or vacuum) applied to the fluidic valve diaphragm.
  • the displacement of the fluidic valve diaphragm can be minute.
  • the diaphragm of the fluidic valve can move by a distance less than or equal to 100 ⁇ .
  • the fluidic valve diaphragm may be made of elastomeric material, especially chosen from: ethylene-propylene-diene monomers (EPDM), fluorinated elastomers (FKM), perfluorinated elastomers (FFKM), butadiene-acrylonitrile copolymers (NBR), among others.
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomers
  • FKM fluorinated elastomers
  • FFKM perfluorinated elastomers
  • NBR butadiene-acrylonitrile copolymers
  • first and second fluidic supports can be fixed together by sealing, in particular heat-sealing (for example, thermocompression, assisted or not by plasma or solvent treatment), ultrasonic sealing or laser sealing, and / or fixed together by bonding.
  • the glue being in particular applied by screen printing or pad printing, or by the use of a double-sided adhesive, or by mechanical clamping, among others.
  • the diaphragm of the fluidic valve does not intervene in the fixing operation, in particular of sealing, fluidic supports therebetween. On the contrary, it is compressed or pinched between the fluidic supports during sealing.
  • the fixing between the first and second fluidic supports is carried out over the entire periphery of the fluidic valve diaphragm, in particular by direct contact of the proximal surfaces of the fluidic supports around the periphery of the fluidic valve diaphragm, so as to favor the sealing of the fluidic valve. Maintaining the fluidic valve diaphragm can therefore be symmetrical.
  • first fluidic support may comprise a first at least partial insertion of the diaphragm of the fluidic valve, opening on the proximal surface of the first fluidic support, and / or the second fluidic may comprise a second insertion counterbore at least partial of the fluidic valve diaphragm, opening on the proximal surface of the second fluidic support.
  • the presence of one or more insert counters on the fluidic card can simplify the placement of the fluidic valve diaphragm, and thus simplify the manufacture of the fluidic card.
  • the fluidic valve diaphragm may be placed in one or more insertion counters, in particular two (one on each fluidic support), before joining the first and second fluidic supports together.
  • each insertion counterbore has a thickness that is smaller than the thickness of the fluidic valve diaphragm that it is intended to receive.
  • one of the first and second fluidic supports may comprise an insertion counterbore in which the fluidic valve diaphragm is inserted, the other of the first and second fluidic supports being free of insertion counterbore. and then being pressed against the fluidic valve diaphragm to form the fluidic valve.
  • each fluidic support comprises an insertion half-counter in which the fluidic valve diaphragm is inserted, the first and second fluidic supports then being pressed against each other.
  • the first insertion counterbore and / or the second insertion counterbore may have a larger dimension, in particular a diameter of between 1 and 10 mm, in particular between 3 and 4 mm.
  • the fluidic actuation channel may have a diameter of the order of a few millimeters.
  • the inlet fluidic channel and / or the fluidic outlet channel may open onto the proximal surface of the first fluidic support vis-à-vis the fluidic valve diaphragm, centrally with respect to the fluidic valve diaphragm.
  • the fluidic card may have a reversible operation
  • the input fluid channel may also serve as an output fluid channel while the output fluid channel may serve as an input fluid channel.
  • inlet fluidic channel and the outlet fluidic channel may, on the proximal surface of the first fluidic support, be substantially orthogonal to the direction of extension of the first fluidic support along its largest dimension.
  • the fluidic actuation channel may open, on the proximal surface of the second fluidic support, substantially orthogonal to the extension direction of the second fluidic support according to its largest dimension.
  • having input, output and / or actuating fluidic channels substantially perpendicular to the fluidic valve diaphragm may further enhance the sealing of the fluidic valve.
  • the first fluidic support may also comprise a fluidic groove, for example annular, opening on the proximal surface of the first fluidic support vis-à-vis the fluidic valve diaphragm, and in which at least one of the inlet fluidic channels and exit leads.
  • the fluidic groove may in particular be formed all around one of the inlet and outlet fluid channels, the latter being in particular centered with respect to the fluidic valve diaphragm.
  • the inlet fluidic channel and the outlet fluidic channel may lead to a fluidic opening, itself open to the proximal surface of the first fluidic support vis-à-vis the fluidic valve diaphragm.
  • This fluidic opening preferably extends along its largest dimension substantially parallel to the fluidic valve diaphragm.
  • the diaphragm of the fluidic valve may have a thickness between 100 and 500 ⁇ , in particular between 300 and 400 ⁇ .
  • the thickness of the fluidic valve diaphragm can be adapted according to the parameters applied, such as for example the pressure or the volume of fluid.
  • the first fluid carrier and / or the second fluid carrier may also be made of a material chosen from: copolymers of cycloolefins (COC), polymethyl methacrylate (PMMA), polymers of cycloolefins (COP), polycarbonate (PC ), among others.
  • COC cycloolefins
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • COP polymers of cycloolefins
  • PC polycarbonate
  • the fluidic card may comprise at least three superimposed fluidic supports and two by two directly joined to each other, see at least four, or even at least five or even more than five, at least one fluidic valve diaphragm which may or may not be systematically positioned between two adjacent fluidic supports to form at least one corresponding fluidic valve.
  • the fluidic card may for example comprise between 2 and 5 superimposed fluidic supports and two by two directly secured to each other.
  • the fluidic card can be connected to at least one instrument, in particular for carrying out in vitro diagnostics, such as, for example, a measuring device, a heating element, a mechanical actuator or a pump.
  • a measuring device such as, for example, a measuring device, a heating element, a mechanical actuator or a pump.
  • the map fluidic according to the invention may for example be used in association with a connection device as described in the international application WO 2012/136943 A1.
  • the fluidic card may comprise complex functions, fluidic or not, for example a biochip or a reaction chamber.
  • 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 inlet fluid channel, an outlet fluid channel and an actuating fluid channel, and possibly a fluidic network (having a plurality of 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 thickness of the fluidic card may be less than one millimeter, for example about 500 ⁇ .
  • Another object of the invention is, according to another of its aspects, a method for controlling at least one fluidic valve of a fluidic card as defined above, in which the piloting of said at least one fluidic valve is carried out by varying the pressure of a fluid, for example air, flowing in the fluidic actuation channel which comes into contact with the fluidic valve diaphragm to allow deformation thereof.
  • a fluid for example air
  • the subject of the invention is also a method for manufacturing at least one fluidic valve of a fluidic card as defined above, characterized in that it comprises the following successive steps:
  • the fluidic actuation channel or channels being opposite the one or more fluidic valve diaphragms, and the fluidic valve diaphragm (s) being compressed between the first and second fluidic supports,
  • the fluidic card, the control method and the manufacturing method according to the invention may comprise any of the previously mentioned characteristics, taken separately or in any technically possible combination with other characteristics.
  • FIG. 1 represents, in section, an example of a fluidic card according to the invention
  • FIG. 2 represents, in section, another example of a fluidic card according to the invention.
  • FIG. 3 represents, in perspective, the fluidic card of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows, in section, a first example of a fluidic card 10 according to the invention.
  • first fluid support 1 and a second fluidic support 2, superimposed and contiguous to one another.
  • an upper outer layer 14 and a lower outer layer 15 are positioned on either side of the first 1 and second 2 fluidic supports, as also shown in Figures 2 and 3 described below, in order to close the channels. fluidic on their distal faces.
  • These upper 14 and lower 15 outer layers may be constituted by other fluidic supports or else by films made of polymeric material, in particular having a thickness ranging from at least 50 to at least 150 ⁇ .
  • the first 1 and second 2 fluidic supports are in particular fixed to one another by thermal sealing according to a thermocompression principle.
  • thermal sealing according to a thermocompression principle.
  • other types of fastening means are possible.
  • the respective proximal surfaces 1a and 2a of the first 1 and second 2 fluidic supports are in direct contact with each other, the diaphragm 6 not involved during sealing.
  • the first fluidic support 1 constitutes an upper stage SI, in which an input fluidic channel 3 is formed, allowing the entry of a fluid into the fluidic card 10, and an output fluidic channel. 4, allowing the exit of the fluid outside the fluidic card 10.
  • the second fluidic support 2 constitutes a lower stage S2 in which an actuating fluidic channel 5 is formed.
  • first fluidic support 1 has a distal surface 1b and a proximal surface 1a.
  • second fluidic support 2 has a distal surface 2b and a proximal surface 2a.
  • the fluidic card 10 thus comprises a diaphragm 6 positioned between the first 1 and second 2 fluidic supports, against the proximal surface 1a of the first fluidic support 1 and against the proximal surface 2a of the second fluidic support 2. , the diaphragm 6 is clamped between the first 1 and second 2 fluidic supports.
  • the inlet fluidic channel 3 and the outlet fluidic channel 4 open out onto the proximal surface 1a of the first fluidic support 1 opposite the diaphragm 6. More particularly, the inlet fluidic channel 3 opens on the proximal surface 1a of the first fluidic support 1 centrally with respect to the diaphragm 6. Thus, a better seal is obtained by optimizing the support of the diaphragm 6.
  • the fluidic actuation channel 5 opens on the proximal surface 2a of the second fluid support 2 also vis-a-vis the diaphragm 6, substantially orthogonal to the extension direction of the second fluidic support 2 according to its largest dimension , ie orthogonal to the proximal surface 2a of the second fluidic support 2.
  • the fact of providing channels 3, 4, 5 opening perpendicularly to the diaphragm 6 further enhances the sealing of the fluidic valve 7.
  • the fluidic actuation channel 5 is advantageously subjected to pneumatic actuation means of the fluidic valve 7, which may consist of a pneumatic supply to enable the control of the fluidic valve 7. More specifically, the fluidic actuation channel 5 may comprise a pressure fluid, in particular a pressure gas, for deforming the diaphragm 6 of the fluidic card 10.
  • the operation of the fluidic valve 7 can be achieved by means of a pressure or a depression formed in the second fluidic support 2.
  • the sending of a gas under pressure into the fluidic actuating channel 5 to make contact with the diaphragm 6 makes it possible to control the fluidic valve 7, and allows, by varying the intensity of the pressure exerted by the gas on the diaphragm 6, the passage of an open position, in which the diaphragm 6 allows the presence of a fluid flow space between the inlet fluidic channel 3 and the outlet fluidic channel 4, at the closed position of the diaphragm 6, in which it prevents a flow of fluid between the inlet fluid channel 3 and the outlet fluid channel 4, and vice versa.
  • the method of controlling the fluidic valve 7 with the aid of the actuating means consists in varying the pressure of the gas which circulates in the fluidic actuating channel 5 of the second fluidic support 2, this gas coming into contact with the diaphragm 6 so as to allow the deformation of the diaphragm 6 and the closure or a variation of the degree of opening for the flow between the inlet fluid channel 3 and the outlet fluidic channel 4.
  • the inlet fluidic channel 3 and the outlet fluidic channel 4 open onto a fluidic opening 8 extending parallel to the diaphragm 6, which in turn opens out onto the proximal surface. 1 of the first fluidic support 1 vis-à-vis the diaphragm 6.
  • This fluidic opening 8 is essential in a normally open position to allow the flow of fluid between the inlet fluid channel 3 and the outlet fluidic channel 4.
  • the depth of the annular groove (possible in normally open or normally closed) can vary from 0 to a few hundred micrometers, for example 300 ⁇ maximum, depending on the constraints of use of the fluidic card, such as pressure drop, dead volume, etc.
  • the width of this groove is at least equal to the diameter of the outlet fluidic channel 4.
  • the presence of such an insertion counter 9 makes it possible to simplify the placement of the diaphragm 6, and thus to simplify the manufacture of the fluidic card 10.
  • the insertion counter 9 has a thickness that is smaller than the thickness of the diaphragm 6
  • the insert counterbore 9 is also used for pinching and also makes it possible to limit flow leakage on the sides.
  • the insertion counterbore 9 is in the form of a round, with a diameter of between 1 and 10 mm, in particular between 3 and 4 mm.
  • FIGS. 2 and 3 respectively in section and in perspective, show a second example of a fluidic card 10 according to the invention.
  • the fluidic card 10 here comprises three superimposed and two by two fluidic supports directly secured to each other, namely a first fluidic support 1, a second fluidic support 2 and a third fluidic support 13.
  • the first fluidic support 1 is directly secured to the second fluidic support 2, which is directly secured to the third fluid support 13.
  • the three fluidic supports 1, 2 and 13 are taken between two outer layers, namely an upper outer layer 14 and a lower outer layer 15.
  • the first fluidic support 1 constitutes an upper stage SI in which a second input channel 3b and a second output channel 4b are formed.
  • the second fluidic support 2 constitutes an intermediate stage S2 in which a first input channel 3a and a first output channel 4a are formed, a third input channel 3c and a third output channel 4c.
  • a second actuating fluid channel 5b is also partially formed therein.
  • the third fluid support 13 constitutes a lower stage S13 in which are formed a first actuating fluid channel 5a, a third actuating fluid channel 5c and the second actuating fluid channel 5b partially.
  • first 6a, second 6b and third 6c diaphragms are located respectively between the first input channel 3a and the first output channel 4a and the first actuation fluid channel 5a, between the second input channel 3b and the second output channel 4b and the second actuation fluid channel 5b, and between the third input channel 3c and the third output channel 4c and the third actuation channel 5c, as shown.
  • a fluidic card 10 is formed in which are formed three fluidic valves at different levels, namely a first fluidic valve 7a, a second fluidic valve 7b and a third fluidic valve 7c.
  • valves 7a and 7b are in the same material, the diaphragm 6c is illustrated in a different material).
  • the second fluidic support 2 and the third fluidic support 13 comprise insert counters 9, as described above with reference to the Figure 1 for the first embodiment. These insert counters 9 correspond more precisely to bores formed in the fluidic supports 2 and 13.
  • first fluidic support 1 and the second fluidic support 2 comprise fluidic annular grooves 11 in which the fluidic outlet channels 4a, 4b and 4c open out. More particularly, these fluidic annular grooves 11 are formed all around the inlet fluidic channels 3a, 3b and 3c, which are centered relative to the diaphragm 6 corresponding thereto. Alternatively, in another embodiment of the invention, such fluidic grooves 11 may not be annular.
  • the diaphragms 6 are deformed under the effect of the nip between two fluidic supports.
  • a fluidic card 10 may comprise a number n of fluidic supports constituting n levels of the fluidic card 10.
  • the fluidic input and output channels can then be formed in the fluidic support of level n and the fluidic actuation channel may be formed in the n-1 level fluidic support, or vice versa.
  • the diaphragm 6 may have a thickness E, represented in FIG. 1, for example between 100 and 400 ⁇ , in particular between 300 and 400 ⁇ .
  • the first fluid support 1 and / or the second fluid support 2 and / or the third fluid support 13 may be made of a material chosen from: cycloolefin copolymers (COC), polymethyl methacrylate (PMMA), polymers of cycloolefins (COP), polycarbonate (PC), among others.
  • the diaphragm 6 is in all the examples made of elastomeric material, in particular chosen from: ethylene-propylene-diene monomers (EPDM), fluorinated elastomers (FKM), perfluorinated elastomers (FFKM), butadiene-acrylonitrile copolymers (NBR), among others. It is thus possible to overcome the rigidity of a polymer film by the choice of using the elasticity of an elastomeric film.
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomers
  • FKM fluorinated elastomers
  • FFKM perfluorinated elastomers
  • NBR butadiene-acrylonitrile copolymers
  • the fluidic valves 7, 7a, 7b and 7c can be configured in a normally open or normally closed operating mode. In normally open mode, a pressure must be applied to reach the closed position, whereas in normally closed mode a vacuum must be applied to deform the diaphragm 6 and reach an open position. In addition, in operation, depending on the pressure of the fluids flowing in the fluidic inlet and outlet channels, it may be necessary to apply an overpressure to reach the closed position.
  • the pneumatic actuating fluid channel 5 is formed in a second lower fluidic support 2 while the inlet 3 and outlet 4 fluidic channels are formed in a first first fluid support 1.
  • This choice is in no way limitative, the configuration being able to be notably inverted so that the pneumatic actuator fluid channel 5 is formed in a higher fluidic support 1 and the fluidic inlet 3 and outlet 4 channels are formed in a lower fluidic support 2.

Abstract

L'objet principal de l'invention est une carte fluidique (10), caractérisé en ce qu'elle comporte des premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques directement solidarisés ensemble, dans lesquels sont respectivement formés au moins partiellement un canal fluidique d'entrée (3) et un canal fluidique de sortie (4), et un canal fluidique d'actionnement (5), un diaphragme de vanne fluidique (6) étant positionné entre les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques pour permettre la formation d'une vanne fluidique (7), le canal fluidique d'actionnement (5) étant soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique (7), et le diaphragme de vanne fluidique (6) étant apte à être déformé entre une position fermée dans laquelle il empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4), et une position ouverte dans laquelle il l'autorise.

Description

CARTE FLUIDIQUE COMPORTANT AU MOINS UNE VANNE FLUIDIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des cartes fluidiques, permettant notamment la réalisation de diagnostics in vitro. Elle concerne tout particulièrement le domaine des vannes fluidiques présentes sur ces cartes fluidiques et le domaine des techniques relatives au pilotage de telles vannes fluidiques.
L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines industriels, comme entre autres les domaines de la recherche médicale, de la biologie, de la pharmaceutique et de l'environnement (qualité de l'air, menaces, ...).
L'invention propose ainsi une carte fluidique comportant un premier support fluidique et un deuxième support fluidique entre lesquels est placé un diaphragme pour former une vanne fluidique, ainsi qu'un procédé de pilotage d'au moins une vanne fluidique d'une telle carte fluidique et un procédé de fabrication correspondant.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
On connaît déjà de la demande de brevet français FR 3 006 207 Al un exemple de carte fluidique comportant un canal fluidique formé dans un support rigide, la carte fluidique comportant un film souple disposé sur la surface du support rigide au niveau de laquelle débouche une ouverture du canal fluidique. La déformation du film souple entre une position fermée et une position ouverte permet alors d'empêcher ou de permettre un écoulement de fluide du canal fluidique au travers de l'ouverture.
Cette carte fluidique est utilisée avec un support de carte, apte à permettre la déformation du film souple lorsque la carte fluidique est plaquée dessus. Plus précisément, la déformation est obtenue par le biais d'un fluide de pression circulant dans un canal fluidique de pilotage du support de carte.
Toutefois, plusieurs aspects de cette carte fluidique ne sont pas entièrement satisfaisants. En effet, d'une part, le film souple utilisé peut avoir une déformation plastique mais pas nécessairement élastique, ce qui peut limiter la possibilité de débattement vertical. D'autre part, l'emploi du support de carte impose d'aligner des moyens externes à la géométrie de la carte fluidique. En cas de changement de géométrie de carte fluidique, le support de carte doit alors être reconfiguré. En particulier, l'actionnement externe étant placé directement sous la vanne fluidique, il faut alors modifier le support si l'on souhaite déplacer la vanne.
Par ailleurs, on connaît aussi de la demande internationale WO 02/41994 A2 un dispositif fluidique pour effectuer des essais chimiques sur lequel est réalisée une vanne fluidique. Celle-ci est formée entre une plaque supérieure et une plaque inférieure avec utilisation d'un diaphragme flexible venant fermer ou ouvrir l'orifice d'un canal fluidique par mise sous pression d'un port et d'une chambre de commande.
Cependant, là encore plusieurs aspects de ce dispositif fluidique ne sont pas entièrement satisfaisants. Ainsi, par exemple, pour pouvoir réaliser des vannes fluidiques sur différents niveaux (ou différentes hauteurs) du dispositif fluidique, il faut utiliser différents films qui doivent être percés pour tenir compte des entrées et sorties fluidiques, entraînant alors des difficultés d'alignement. En outre, la mise en œuvre sur un même niveau du dispositif fluidique de vannes fluidiques réalisées en différents matériaux ne semble pas envisageable. De plus, la sortie fluidique, dans le plan de la surface proximale, peut poser des problèmes d'étanchéité (infiltration d'air sous le film par exemple) et de modification du volume (déformation du film dans le canal lors de l'infiltration d'air).
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 améliorée de conception d'une vanne fluidique de carte fluidique permettant un pilotage simplifié de son fonctionnement.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une carte fluidique, caractérisé en ce qu'elle comporte : - un premier support fluidique dans lequel sont formés au moins partiellement un canal fluidique d'entrée et un canal fluidique de sortie, et
- un deuxième support fluidique dans lequel est formé au moins partiellement un canal fluidique d'actionnement,
les premier et deuxième supports fluidiques étant directement solidarisés l'un contre l'autre, la carte fluidique comportant un diaphragme de vanne fluidique positionné entre les premier et deuxième supports fluidiques, contre une surface proximale du premier support fluidique et contre une surface proximale du deuxième support fluidique, le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie débouchant sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, et le canal fluidique d'actionnement débouchant sur la surface proximale du deuxième support fluidique également en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, pour permettre la formation d'une vanne fluidique,
le canal fluidique d'actionnement étant soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique,
le diaphragme de vanne fluidique étant apte, sous l'action des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique, à être déformé entre une position fermée dans laquelle il empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie, et une position ouverte dans laquelle il autorise la présence d'un espace d'écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie.
Par l'expression « directement solidarisés l'un contre l'autre », il faut comprendre qu'au moins une partie de la surface proximale du premier support fluidique est placée au contact direct d'au moins une partie de la surface proximale du deuxième support fluidique. En particulier, aucun matériau, notamment un matériau utilisé pour jouer le rôle de membrane ou de diaphragme, n'est placé entre les deux surfaces proximales des premier et deuxième supports fluidiques pour prendre au part à la solidarisation, notamment au scellement, des supports entre eux.
Par ailleurs, dans la présente description, le terme « débouchant » doit être compris dans un sens large. En particulier, un canal fluidique peut déboucher sur une surface de façon directe, c'est-à-dire sans élément intermédiaire (au contact de la surface), ou de façon indirecte. Ainsi, on parlera également de canal débouchant sur une surface proximale lorsque le canal débouche dans un espace intermédiaire aménagé débouchant lui-même sur la surface proximale.
La carte fluidique peut également être appelée carte microfluidique ou consommable. L'ensemble formé par le diaphragme de vanne fluidique disposé entre les premier et deuxième supports fluidiques constitue une vanne de la carte fluidique. La déformation du diaphragme de vanne fluidique entre les positions ouverte et fermée permet la régulation de cette vanne. La vanne de la carte fluidique est donc incluse dans celle-ci, l'ensemble étant consommable (i.e. jetable, après une ou plusieurs utilisations selon l'application).
La déformation du diaphragme de vanne fluidique se fait sous l'action des moyens d'actionnement pneumatique pour atteindre la position fermée. Cette déformation est avantageusement réversible pour permettre au diaphragme de vanne fluidique de revenir dans la position normalement ouverte. L'activation ou pilotage de la vanne de la carte fluidique peut ainsi se faire par actionnement pneumatique et relâchement sur le diaphragme de vanne fluidique.
Il est à noter que, dans toute la description, les termes « proximal » et « distal » sont à comprendre par rapport au positionnement d'un élément relativement à la ou les vannes fluidiques formées entre les premier et deuxième supports fluidiques. Autrement dit, la surface proximale d'un élément est la surface située le plus à proximité de la ou des vannes fluidiques, tandis que la surface distale de l'élément est la surface la plus éloignée de la ou des vannes fluidiques.
Grâce à l'invention, on peut obtenir une conception de vanne fluidique de carte fluidique et un principe de pilotage du fonctionnement d'une telle vanne fluidique avec une grande fiabilité et une grande simplicité. Il peut en outre être possible de réaliser des vannes fluidiques sur différents niveaux (ou différentes hauteurs) d'une carte fluidique, et sur un même niveau, de mettre en œuvre des vannes fluidiques en différents matériaux. En effet, dans le cas par exemple où un procédé prévoit l'utilisation de solvants et d'eau, certains matériaux sont adaptés aux solvants tandis que d'autres sont plus adaptés à l'eau. Selon la position sur le circuit microfluidique, il serait possible de faire varier le matériau du diaphragme pour optimiser la compatibilité chimique. Par ailleurs, la solution proposée par l'invention peut permettre d'intégrer des canaux fluidiques et des canaux d'actionnement pneumatique sur plusieurs niveaux de la carte fluidique tout en simplifiant la réalisation et en regroupant les entrées et sorties d'air pour l'actionnement des vannes fluidiques. De plus, la conception de vanne fluidique proposée par l'invention peut permettre d'apporter une grande flexibilité dans la réalisation d'une carte fluidique. En outre, le concept de carte fluidique selon l'invention peut permettre de diminuer l'effort à appliquer pour le fonctionnement de la carte, d'obtenir une meilleure étanchéité et une meilleure résistance dans le temps, de bénéficier de la grande flexibilité des matériaux utilisés, de leur épaisseur et de leur diamètre, entre autres. De plus, la conception proposée de positionnement perpendiculaire du diaphragme pour être pincé sur toute la périphérie peut permettre d'éviter les inconvénients énoncés précédemment de l'art antérieur quant aux problèmes d'étanchéité et de modification du volume.
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 d'entrée et de sortie formant ensemble un circuit fluidique de la carte. De tels canaux fluidiques peuvent, tous ou au moins certains, déboucher sur un diaphragme de vanne fluidique pour former une vanne de carte fluidique comme selon l'invention.
L'expression « position ouverte » doit être comprise au sens large. Ainsi, elle désigne toute position dans laquelle du fluide peut s'écouler entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie. L'expression « position ouverte » peut donc correspondre à différents degrés d'ouverture, par exemple une position de semi- ouverture, c'est-à-dire une déformation médiane du diaphragme de vanne fluidique ou encore une pression médiane exercée sur le diaphragme de vanne fluidique, ou une position d'ouverture totale, c'est-à-dire une déformation nulle du diaphragme de vanne fluidique ou encore une absence de pression exercée sur le diaphragme de vanne fluidique. En particulier, la position d'ouverture totale permet un écoulement maximal de fluide entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie. Deux configurations nominales (au repos, ou d'équilibre) sont possibles : la position normalement ouverte et la position normalement fermée. Dans le cas d'une configuration normalement ouverte, la position au repos permet au fluide de s'écouler sans apport d'énergie extérieure. La fermeture de la vanne s'effectue par l'application d'une pression. Dans le cas d'une configuration normalement fermée, la position au repos empêche le fluide de s'écouler. Il est possible d'exercer une pression externe pour maintenir l'étanchéité en cas de pression de fluide trop importante. L'ouverture de la vanne fluidique s'effectue alors par dépression. Le degré d'ouverture de la position ouverte peut être ajusté en fonction de la déformabilité (i.e. de la pression, ou de la dépression) appliquée au diaphragme de vanne fluidique.
Lors du passage de la position ouverte à la position fermée, le déplacement du diaphragme de vanne fluidique peut être infime. Par exemple, lors du passage de la position ouverte d'ouverture totale à la position fermée, le diaphragme de vanne fluidique peut se déplacer d'une distance inférieure ou égale à 100 μιη.
Le diaphragme de vanne fluidique peut être réalisé en matériau élastomère, notamment choisi parmi : les éthylène-propylène-diène monomères (EPDM), les élastomères fluorés (FKM), les élastomères perfluorés (FFKM), les copolymères butadiène-acrylonitrile (NBR), entre autres.
Ainsi, de façon avantageuse, il peut être possible de s'affranchir de la rigidité d'un film polymère par le choix consistant à utiliser l'élasticité d'un film élastomère.
Par ailleurs, les premier et deuxième supports fluidiques peuvent être fixés ensemble par scellement, notamment scellement thermique (par exemple, thermocompression, assistée ou non par traitement plasma ou solvant), scellement par ultrasons ou scellement par laser, et/ou fixés ensemble par collage, la colle étant notamment appliquée par sérigraphie ou tampographie, ou par l'emploi d'un adhésif double face, ou par bridage mécanique, entre autres. Avantageusement, le diaphragme de vanne fluidique n'intervient pas dans l'opération de fixation, notamment de scellement, des supports fluidiques entre eux. Celui-ci est au contraire compressé, ou pincé, entre les supports fluidiques lors du scellement.
De façon avantageuse, la fixation entre les premier et deuxième supports fluidiques est réalisée sur toute la périphérie du diaphragme de vanne fluidique, en particulier par contact direct des surfaces proximales des supports fluidiques autour de la périphérie du diaphragme de vanne fluidique, de sorte à favoriser l'étanchéité de la vanne fluidique. Le maintien du diaphragme de vanne fluidique peut donc être symétrique.
En outre, le premier support fluidique peut comporter un premier lamage d'insertion au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique, débouchant sur la surface proximale du premier support fluidique, et/ou le deuxième fluidique peut comporter un deuxième lamage d'insertion au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique, débouchant sur la surface proximale du deuxième support fluidique.
La présence d'un ou plusieurs lamages d'insertion sur la carte fluidique peut permettre de simplifier le placement du diaphragme de vanne fluidique, et ainsi de simplifier la fabrication de la carte fluidique. En particulier, le diaphragme de vanne fluidique peut être placé dans un ou plusieurs lamages d'insertion, notamment deux (un sur chaque support fluidique), avant de solidariser les premier et deuxième supports fluidiques ensemble.
De façon avantageuse, chaque lamage d'insertion a une épaisseur plus faible que l'épaisseur du diaphragme de vanne fluidique qu'il est destiné à recevoir.
Selon une première variante de réalisation préférentielle, l'un des premier et deuxième supports fluidiques peut comporter un lamage d'insertion dans lequel est inséré le diaphragme de vanne fluidique, l'autre des premier et deuxième supports fluidiques étant dépourvu de lamage d'insertion et étant alors plaqué contre le diaphragme de vanne fluidique pour former la vanne fluidique.
Selon une deuxième variante de réalisation, chaque support fluidique comporte un demi-lamage d'insertion dans lesquels est inséré le diaphragme de vanne fluidique, les premier et deuxième supports fluidiques étant alors plaqués l'un contre l'autre. Par ailleurs, le premier lamage d'insertion et/ou le deuxième lamage d'insertion peut présenter une plus grande dimension, notamment un diamètre, comprise entre 1 et 10 mm, notamment comprise entre 3 et 4 mm.
Le canal fluidique d'actionnement peut quant à lui présenter un diamètre de l'ordre de quelques millimètres.
Le canal fluidique d'entrée et/ou le canal fluidique de sortie peuvent déboucher sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, de façon centrée par rapport au diaphragme de vanne fluidique.
De cette façon, il peut être possible d'obtenir une meilleure étanchéité en optimisant l'appui du diaphragme de vanne fluidique. De plus, la carte fluidique peut avoir un fonctionnement réversible, le canal fluidique d'entrée pouvant aussi servir de canal fluidique de sortie tandis que le canal fluidique de sortie peut servir de canal fluidique d'entrée.
En outre, le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie peuvent déboucher, sur la surface proximale du premier support fluidique, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du premier support fluidique selon sa plus grande dimension.
De plus, le canal fluidique d'actionnement peut déboucher, sur la surface proximale du deuxième support fluidique, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du deuxième support fluidique selon sa plus grande dimension.
De façon avantageuse, avoir des canaux fluidiques d'entrée, de sortie et/ou d'actionnement sensiblement perpendiculaires au diaphragme de vanne fluidique peut permettre de renforcer encore l'étanchéité de la vanne fluidique.
Le premier support fluidique peut également comporter une gorge fluidique, par exemple annulaire, débouchante sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, et dans laquelle au moins l'un des canaux fluidiques d'entrée et de sortie débouche. La gorge fluidique peut notamment être formée tout autour de l'un des canaux fluidiques d'entrée et de sortie, celui-ci étant notamment centré par rapport au diaphragme de vanne fluidique.
Par ailleurs, le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie peuvent déboucher sur une ouverture fluidique, elle-même débouchante sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique.
Cette ouverture fluidique s'étend préférentiellement selon sa plus grande dimension de façon sensiblement parallèle au diaphragme de vanne fluidique.
Le diaphragme de vanne fluidique peut présenter une épaisseur comprise entre 100 et 500 μιη, notamment entre 300 et 400 μιη.
Plus l'épaisseur du diaphragme de vanne fluidique est faible, plus celui-ci devient souple. L'épaisseur du diaphragme de vanne fluidique peut être adaptée en fonction des paramètres appliqués, tels que par exemple la pression ou le volume de fluide.
Le premier support fluidique et/ou le deuxième support fluidique peuvent par ailleurs être réalisés en un matériau choisi parmi : des copolymères de cyclooléfines (COC), du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), des polymères de cyclooléfines (COP), du polycarbonate (PC), entre autres.
De façon avantageuse, la carte fluidique peut comporter au moins trois supports fluidiques superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres, voir au moins quatre, voire encore au moins cinq, voire encore plus de cinq, au moins un diaphragme de vanne fluidique pouvant notamment être ou non systématiquement positionné entre deux supports fluidiques adjacents pour former au moins une vanne fluidique correspondante.
La carte fluidique peut par exemple comporter entre 2 et 5 supports fluidiques superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres.
La carte fluidique peut être connectée à au moins un instrument, notamment pour la réalisation de diagnostics in vitro, comme par exemple un appareil de mesure, un élément chauffant, un actionneur mécanique ou une pompe. Pour ce faire, la carte fluidique selon l'invention peut par exemple être utilisée en association avec un dispositif de connexion tel que décrit dans la demande internationale WO 2012/136943 Al.
La carte fluidique peut comporter des fonctions complexes, fluidiques ou non, par exemple une biopuce ou une chambre de réaction.
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 d'entrée, un canal fluidique de sortie et un canal fluidique d'actionnement, 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. L'épaisseur de la carte fluidique peut être inférieure au millimètre, par exemple d'environ 500 μιη.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de pilotage d'au moins une vanne fluidique d'une carte fluidique telle que définie précédemment, dans lequel le pilotage de ladite au moins une vanne fluidique est réalisé par variation de la pression d'un fluide, par exemple de l'air, circulant dans le canal fluidique d'actionnement qui vient au contact du diaphragme de vanne fluidique pour en permettre la déformation.
L'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d'au moins une vanne fluidique d'une carte fluidique telle que définie précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes :
- positionner un ou plusieurs diaphragmes de vanne fluidique contre la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis d'un ou plusieurs canaux fluidiques d'entrée et d'un ou plusieurs canaux fluidiques de sortie du premier support fluidique,
- positionner le deuxième support fluidique contre le premier support fluidique, le ou les canaux fluidiques d'actionnement étant en vis-à-vis du ou des diaphragmes de vanne fluidique, et le ou les diaphragmes de vanne fluidique étant compressés entre les premier et deuxième supports fluidiques,
- solidariser entre eux les premier et deuxième supports fluidiques, notamment par scellement.
La carte fluidique, le procédé de pilotage et le procédé de fabrication selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, 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 œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente, en coupe, un exemple de carte fluidique conforme à l'invention,
- la figure 2 représente, en coupe, un autre exemple de carte fluidique conforme à l'invention, et
- la figure 3 représente, en perspective, la carte fluidique de la figure 2.
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
On a représenté sur la figure 1, en coupe, un premier exemple de carte fluidique 10 conforme à l'invention.
Afin de pouvoir constituer une vanne fluidique 7 au sein de la carte fluidique
(ou microfluidique) 10, celle-ci comporte un premier support fluidique 1 et un deuxième support fluidique 2, superposés et accolés l'un à l'autre. Par ailleurs, une couche externe supérieure 14 et une couche externe inférieure 15 sont positionnées de part et d'autre des premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques, comme également représenté sur les figures 2 et 3 décrites par la suite, afin de fermer les canaux fluidiques sur leurs faces distales. Ces couches externes supérieure 14 et inférieure 15 peuvent être constituées par d'autres supports fluidiques ou bien alors par des films en matériau polymère, présentant notamment une épaisseur allant d'au moins 50 à au moins 150 μιη.
Les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques sont en particulier fixés l'un à l'autre par scellement thermique selon un principe de thermocompression. Toutefois, d'autres types de moyens de fixation sont possibles. Lors de ce scellement thermique, les surfaces proximales respectives la et 2a des premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques sont en contact direct l'une avec l'autre, le diaphragme 6 n'intervenant pas lors du scellement.
Plus précisément, dans cet exemple, le premier support fluidique 1 constitue un étage supérieur SI, dans lequel sont formés un canal fluidique d'entrée 3, permettant l'entrée d'un fluide dans la carte fluidique 10, et un canal fluidique de sortie 4, permettant la sortie du fluide en-dehors de la carte fluidique 10.
Le deuxième support fluidique 2 constitue un étage inférieur S2 dans lequel est formé un canal fluidique d'actionnement 5.
Par ailleurs, le premier support fluidique 1 présente une surface distale lb et une surface proximale la. De même, le deuxième support fluidique 2 présente une surface distale 2b et une surface proximale 2a.
Conformément à l'invention, la carte fluidique 10 comporte ainsi un diaphragme 6 positionné entre les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques, contre la surface proximale la du premier support fluidique 1 et contre la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2. Autrement dit, le diaphragme 6 est pincé entre les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques.
Au niveau du premier support fluidique 1, le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4 débouchent sur la surface proximale la du premier support fluidique 1 en vis-à-vis du diaphragme 6. Plus particulièrement, le canal fluidique d'entrée 3 débouche sur la surface proximale la du premier support fluidique 1 de façon centrée par rapport au diaphragme 6. Ainsi, on obtient une meilleure étanchéité par l'optimisation de l'appui du diaphragme 6.
De plus, comme on peut le constater sur la figure 1, le canal fluidique d'entrée
3 et le canal fluidique de sortie 4 débouchent, sur la surface proximale la du premier support fluidique 1, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du premier support fluidique 1 selon sa plus grande dimension, autrement dit orthogonalement à la surface proximale la du premier support fluidique 1.
De même, le canal fluidique d'actionnement 5 débouche sur la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2 également en vis-à-vis du diaphragme 6, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du deuxième support fluidique 2 selon sa plus grande dimension, autrement dit orthogonalement à la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2.
De façon avantageuse, le fait de prévoir des canaux 3, 4, 5 débouchant perpendiculairement au diaphragme 6 permet de renforcer encore l'étanchéité de la vanne fluidique 7.
Le canal fluidique d'actionnement 5 est avantageusement soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique 7, qui peuvent consister en une alimentation pneumatique pour permettre le pilotage de la vanne fluidique 7. Plus précisément, le canal fluidique d'actionnement 5 peut comporter un fluide de pression, en particulier un gaz de pression, permettant la déformation du diaphragme 6 de la carte fluidique 10. Le fonctionnement de la vanne fluidique 7 peut être réalisé par le biais d'une pression ou d'une dépression formé dans le deuxième support fluidique 2.
Par exemple, l'envoi d'un gaz sous pression dans le canal fluidique d'actionnement 5 pour aller au contact du diaphragme 6 permet le pilotage de la vanne fluidique 7, et permet, par variation de l'intensité de la pression exercée par le gaz sur le diaphragme 6, le passage d'une position ouverte, dans laquelle le diaphragme 6 autorise la présence d'un espace d'écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4, à la position fermée du diaphragme 6, dans laquelle il empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4, et vice versa.
Ainsi, le procédé de pilotage de la vanne fluidique 7 à l'aide des moyens d'actionnement consiste à faire varier la pression du gaz qui circule dans le canal fluidique d'actionnement 5 du deuxième support fluidique 2, ce gaz venant au contact du diaphragme 6 de façon à permettre la déformation du diaphragme 6 et la fermeture ou une variation du degré d'ouverture pour l'écoulement entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 1, le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4 débouchent sur une ouverture fluidique 8, s'étendant parallèlement au diaphragme 6, elle-même débouchante sur la surface proximale la du premier support fluidique 1 en vis-à-vis du diaphragme 6. Cette ouverture fluidique 8 est indispensable en situation normalement ouverte pour permettre l'écoulement du fluide entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4. La profondeur de la gorge annulaire (possible en normalement ouvert ou normalement fermé) peut varier de 0 à quelques centaines de micromètres, par exemple de 300 μιη au maximum, en fonction des contraintes d'utilisation de la carte fluidique, telles que perte de charge, volume mort, etc. La largeur de cette gorge est au moins égale au diamètre du canal fluidique de sortie 4.
Afin de positionner le diaphragme 6 entre les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques, il est également prévu de former un lamage d'insertion 9 dans le deuxième support fluidique 2 pour le placement du diaphragme 6, comme représenté. Ce lamage d'insertion 9 débouche sur la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2.
La présence d'un tel lamage d'insertion 9 permet de simplifier le placement du diaphragme 6, et ainsi de simplifier la fabrication de la carte fluidique 10. Le lamage d'insertion 9 présente une épaisseur plus faible que l'épaisseur du diaphragme 6. De plus, le lamage d'insertion 9 sert également au pincement et permet aussi de limiter les fuites par écoulement sur les côtés. Par ailleurs, le lamage d'insertion 9 se présente sous la forme d'un rond, de diamètre compris entre 1 et 10 mm, notamment compris entre 3 et 4 mm.
On a en outre représenté en référence aux figures 2 et 3, respectivement en coupe et en perspective, un deuxième exemple de carte fluidique 10 conforme à l'invention.
Dans cet exemple, les éléments communs au premier exemple et décrits précédemment ne sont pas décrits de nouveau.
La carte fluidique 10 comporte ici trois supports fluidiques superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres, à savoir un premier support fluidique 1, un deuxième support fluidique 2 et un troisième support fluidique 13. Le premier support fluidique 1 est directement solidarisé au deuxième support fluidique 2, lequel est directement solidarisé au troisième support fluidique 13. Les trois supports fluidiques 1, 2 et 13 sont pris entre deux couches externes, à savoir une couche externe supérieure 14 et une couche externe inférieure 15.
Le premier support fluidique 1 constitue un étage supérieur SI dans lequel sont formés un deuxième canal d'entrée 3b et un deuxième canal de sortie 4b.
Le deuxième support fluidique 2 constitue un étage intermédiaire S2 dans lequel sont formés un premier canal d'entrée 3a et un premier canal de sortie 4a, un troisième canal d'entrée 3c et un troisième canal de sortie 4c. De plus, un deuxième canal fluidique d'actionnement 5b y est également formé de façon partielle.
Le troisième support fluidique 13 constitue un étage inférieur S13 dans lequel sont formés un premier canal fluidique d'actionnement 5a, un troisième canal fluidique d'actionnement 5c et le deuxième canal fluidique d'actionnement 5b de façon partielle.
Par ailleurs, des premier 6a, deuxième 6b et troisième 6c diaphragmes sont respectivement situés entre le premier canal d'entrée 3a et le premier canal de sortie 4a et le premier canal fluidique d'actionnement 5a, entre le deuxième canal d'entrée 3b et le deuxième canal de sortie 4b et le deuxième canal fluidique d'actionnement 5b, et entre le troisième canal d'entrée 3c et le troisième canal de sortie 4c et le troisième canal d'actionnement 5c, comme représenté. De cette façon, on obtient une carte fluidique 10 dans laquelle sont formées trois vannes fluidiques à différents niveaux, à savoir une première vanne fluidique 7a, une deuxième vanne fluidique 7b et une troisième vanne fluidique 7c. Ces vannes fluidiques peuvent être normalement ouvertes (pour la vanne 7a) ou normalement fermées (pour les vannes 7b et 7c), et leur diaphragme en différents matériaux, même sur un même niveau (les diaphragmes 6a et 6b sont dans un même matériau, le diaphragme 6c est illustré dans un matériau différent).
Par ailleurs, pour permettre le placement des diaphragmes 6 au niveau de chacune de ces vannes fluidiques 7a, 7b et 7c, le deuxième support fluidique 2 et le troisième support fluidique 13 comportent des lamages d'insertion 9, comme décrit précédemment en référence à la figure 1 pour le premier exemple de réalisation. Ces lamages d'insertion 9 correspondent plus précisément à des alésages formés dans les supports fluidiques 2 et 13.
En outre, dans cet exemple, le premier support fluidique 1 et le deuxième support fluidique 2 comportent des gorges annulaires fluidiques 11 dans lesquelles les canaux fluidiques de sortie 4a, 4b et 4c débouchent. Plus particulièrement, ces gorges annulaires fluidiques 11 sont formées tout autour des canaux fluidiques d'entrée 3a, 3b et 3c, lesquels sont centrés par rapport au diaphragme 6 qui leur correspond. En variante, dans un autre mode de réalisation de l'invention, de telles gorges fluidiques 11 peuvent ne pas être annulaires.
Par ailleurs, il est à noter que, comme on peut le voir sur la figure 2, les diaphragmes 6 se déforment sous l'effet du pincement entre deux supports fluidiques.
Bien entendu, une carte fluidique 10 selon l'invention peut comporter un nombre n de supports fluidiques constituant n niveaux de la carte fluidique 10. Les canaux fluidiques d'entrée et de sortie peuvent alors être formés dans le support fluidique de niveau n et le canal fluidique d'actionnement peut être formé dans le support fluidique de niveau n-1, ou inversement.
Dans les exemples précédemment décrits, le diaphragme 6 peut présenter une épaisseur E, représentée sur la figure 1, par exemple comprise entre 100 et 400 μιη, notamment entre 300 et 400 μιη. De plus, le premier support fluidique 1 et/ou le deuxième support fluidique 2 et/ou le troisième support fluidique 13 peuvent être réalisés en un matériau choisi parmi : des copolymères de cyclooléfines (COC), du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), des polymères de cyclooléfines (COP), du polycarbonate (PC), entre autres.
Par ailleurs, de façon avantageuse, le diaphragme 6 est dans tous les exemples réalisé en matériau élastomère, notamment choisi parmi : les éthylène- propylène-diène monomères (EPDM), les élastomères fluorés (FKM), les élastomères perfluorés (FFKM), les copolymères butadiène-acrylonitrile (NBR), entre autres. Il est ainsi possible de s'affranchir de la rigidité d'un film polymère par le choix consistant à utiliser l'élasticité d'un film élastomère.
En outre, les vannes fluidiques 7, 7a, 7b et 7c peuvent être configurées selon un mode de fonctionnement en normalement ouverte ou normalement fermée. En mode normalement ouverte, il faut appliquer une pression pour atteindre la position fermée, tandis que, en mode normalement fermée, il faut appliquer une dépression pour déformer le diaphragme 6 et atteindre une position ouverte. De plus, en fonctionnement, selon la pression des fluides circulant dans les canaux fluidiques d'entrée et de sortie, il peut être nécessaire d'appliquer une surpression pour réatteindre la position fermée.
Bien entendu, 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, dans les deux exemples de réalisation de carte fluidique 10 décrits précédemment, le canal fluidique d'actionnement pneumatique 5 est formé dans un deuxième support fluidique 2 inférieur tandis que les canaux fluidiques d'entrée 3 et de sortie 4 sont formés dans un premier support fluidique 1 supérieur. Ce choix n'est aucunement limitatif, la configuration pouvant être notamment inversée de sorte que le canal fluidique d'actionnement pneumatique 5 soit formé dans un support fluidique 1 supérieur et que les canaux fluidiques d'entrée 3 et de sortie 4 soient formés dans un support fluidique 2 inférieur.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Carte fluidique (10), caractérisé en ce qu'elle comporte :
- un premier support fluidique (1) dans lequel sont formés au moins partiellement un canal fluidique d'entrée (3) et un canal fluidique de sortie (4), et
- un deuxième support fluidique (2) dans lequel est formé au moins partiellement un canal fluidique d'actionnement (5),
les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques étant directement solidarisés l'un contre l'autre, la carte fluidique (10) comportant un diaphragme de vanne fluidique (6) positionné entre les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques, contre une surface proximale (la) du premier support fluidique (1) et contre une surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2),
le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4) débouchant sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), et le canal fluidique d'actionnement (5) débouchant sur la surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2) également en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), pour permettre la formation d'une vanne fluidique (7),
le canal fluidique d'actionnement (5) étant soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique (7),
le diaphragme de vanne fluidique (6) étant apte, sous l'action des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique (7), à être déformé entre une position fermée dans laquelle il empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4), et une position ouverte dans laquelle il autorise la présence d'un espace d'écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4).
2. Carte fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diaphragme de vanne fluidique (6) est réalisé en matériau élastomère, notamment choisi parmi : les éthylène-propylène-diène monomères (EPDM), les élastomères fluorés (FKM), les élastomères perfluorés (FFKM), les copolymères butadiène-acrylonitrile (NBR).
3. Carte fluidique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques sont fixés ensemble par scellement, notamment scellement thermique, notamment par thermocompression assistée ou non par traitement plasma ou solvant, scellement par ultrasons ou scellement par laser, et/ou fixés ensemble par collage, la colle étant notamment appliquée par sérigraphie ou tampographie, ou par l'emploi d'un adhésif double face, ou par bridage mécanique.
4. Carte fluidique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier support fluidique (1) comporte un premier lamage d'insertion au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique (6), débouchant sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1), et/ou en ce que le deuxième support fluidique (2) comporte un deuxième lamage d'insertion (9) au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique (6), débouchant sur la surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2).
5. Carte fluidique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier lamage d'insertion et/ou le deuxième lamage d'insertion (9) présente une plus grande dimension, notamment un diamètre, comprise entre 1 et 10 mm, notamment comprise entre 3 et 4 mm.
6. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'entrée (3) et/ou le canal fluidique de sortie (4) débouchent sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), de façon centrée par rapport au diaphragme de vanne fluidique (6).
7. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4) débouchent, sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1), sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du premier support fluidique (1) selon sa plus grande dimension.
8. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'actionnement (5) débouche, sur la surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2), sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du deuxième support fluidique (2) selon sa plus grande dimension.
9. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier support fluidique (1) comporte une gorge fluidique (11) débouchante sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), et dans laquelle au moins l'un des canaux fluidiques d'entrée (3) et de sortie (4) débouche.
10. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4) débouchent sur une ouverture fluidique (8), elle-même débouchante sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6).
11. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diaphragme de vanne fluidique (6) présente une épaisseur (E) comprise entre 100 et 500 μιη, notamment entre 300 et 400 μιη.
12. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier support fluidique (1) et/ou le deuxième support fluidique (2) sont réalisés en un matériau choisi parmi : des copolymères de cyclooléfines (COC), du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), des polymères de cyclooléfines (COP), du polycarbonate (PC).
13. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins trois supports fluidiques (1, 2, 13) superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres, au moins un diaphragme de vanne fluidique (6a, 6b, 6c) étant notamment systématiquement positionné entre deux supports fluidiques adjacents (1,2 ; 2, 13) pour former au moins une vanne fluidique (7a, 7b, 7c) correspondante.
14. Procédé de pilotage d'au moins une vanne fluidique (7) d'une carte fluidique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pilotage de ladite au moins une vanne fluidique (7) est réalisé par variation de la pression d'un fluide circulant dans le canal fluidique d'actionnement (5) qui vient au contact du diaphragme de vanne fluidique (6) pour en permettre la déformation.
15. Procédé de fabrication d'au moins une vanne fluidique (7) d'une carte fluidique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes :
- positionner un ou plusieurs diaphragmes de vanne fluidique (6) contre la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis d'un ou plusieurs canaux fluidiques d'entrée (3) et d'un ou plusieurs canaux fluidiques de sortie (4) du premier support fluidique (1),
- positionner le deuxième support fluidique (2) contre le premier support fluidique (1), le ou les canaux fluidiques d'actionnement (5) étant en vis-à-vis du ou des diaphragmes de vanne fluidique (6), et le ou les diaphragmes de vanne fluidique (6) étant compressés entre les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques,
- solidariser entre eux les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques, notamment par scellement.
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