EP3436194A1 - Membranes d'analyse de dispositifs microfluidiques, réalisées en un matériau en fibre de verre - Google Patents

Membranes d'analyse de dispositifs microfluidiques, réalisées en un matériau en fibre de verre

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EP3436194A1
EP3436194A1 EP17713317.0A EP17713317A EP3436194A1 EP 3436194 A1 EP3436194 A1 EP 3436194A1 EP 17713317 A EP17713317 A EP 17713317A EP 3436194 A1 EP3436194 A1 EP 3436194A1
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EP
European Patent Office
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analysis
channels
analysis membrane
zone
fiberglass
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17713317.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Boulet
Frédéric FOUCAULT
Christine ROZAND
Agnès RUBENS
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Biomerieux SA
Original Assignee
Biomerieux SA
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to the general field of microfluidics. It relates more particularly to microfluidic devices for diagnostic purposes, as well as the manufacturing processes of such devices.
  • Microfluidics can be defined as the study of phenomena that govern the movement of small volumes of fluid, especially liquid. It encompasses the development of systems and devices for circulating and / or manipulating small volumes of fluids for a variety of purposes, for example:
  • Micro fluidics thus finds applications in many technical fields.
  • diagnostic tests using microfluidic devices have undergone a rapid evolution since the last two-three decades (Yetisen et al., 2013 - Lab Chip, 2013 (13) 2210-2251: "Paper -based microfluidic point-of-care diagnostic devices ").
  • microfluidic sensors these devices not only make it possible to analyze small volumes of liquid samples, they also make it possible to undertake, on a single analysis platform, a plurality of detection tests, or even of quantification, analytes and / or target pathogens by simple and rapid manipulation.
  • the present invention is more specifically concerned with disposable microfluidic devices, of the type of those which comprise an analysis membrane made of a porous material and which operate according to a so-called fluid lateral movement principle, in this case liquids .
  • the general principle of operation of this type of microfluidic device is essentially based on an analysis membrane made up / fabricated from a sheet of porous material, hydrophilic and absorbent, on which and in the bulk of which is formed a hydrophilic network.
  • a liquid to be analyzed for example a liquid biological sample
  • a liquid biological sample once deposited on said analysis membrane, can progress by simple capillarity and be submitted an analysis or a series of qualitative and / or quantitative analyzes of its constituents (immunodetection, molecular detection, affinity test, ligand-receptor coupling test, pH evaluation ).
  • deposit zones at which the liquid to be analyzed is deposited
  • reaction zones at which the detection and / or dosing reactions take place
  • reservoir zones at which reagents and / or additives necessary for the reactions to be carried out are stored, generally in dry form before being rehydrated (or solubilized) and transferred to specific reaction zones,
  • analysis membranes for microfluidic devices made from a sheet of porous material, hydrophilic and absorbent, are shaped mainly according to three modes of design.
  • these analysis membranes have a two-dimensional shape which can be described as solid form and their general geometry is relatively simple (for example, a rectangle, a square, a disc ).
  • hydrophilic networks deposition zones, reaction zones, mixed zones and / or reservoir zones, fluidic conduction channels
  • hydrophilic networks are traced and circumscribed by means of structures made of solid (s) and hydrophobic material (s) ), implanted through the very thickness of the analysis membrane and thus forming liquid-tight barriers.
  • the analysis membranes have a two-dimensional shape that can be described as pruned or cut form.
  • Such analysis membranes are cut from a sheet of porous, hydrophilic and absorbent material, precisely following the outer contour of the hydrophilic network formed by the different areas of interest and the fluidic conduction channels.
  • the analysis membranes In a mixed mode, notably described by Fan et al., 2013 (Nano / Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS), 2013 - 8 th IEEE International Conference: "Low-cost rapid prototyping of flexible plastic paper based microfluidic devices”), the analysis membranes have a shape that can be described as solid form. These analysis membranes are shaped / machined from a sheet of porous, hydrophilic and absorbent material, the underside of which is coated with a mechanical reinforcing film. On these analysis membranes, the hydrophilic network is drawn and delimited not by impervious barriers implanted through the thickness of the analysis membrane itself, but by the vacuum left after a porous and hydrophilic material removal. This removal of material can be achieved using a variety of machining techniques, including etching, ablation.
  • the laser allows a fast and precise implementation of these machining techniques.
  • One of these approaches is to optimize the typography of the analysis membranes, in particular to reduce the distances of delivery of the liquid to be analyzed to the reaction zones.
  • Another approach aims to improve the performance of existing cellulose and nitrocellulose substrates, for example by functionalizing the fibers, and / or to propose new fibrous materials with improved properties in terms of hydrophilicity and / or absorption and / or of conduction of fluids.
  • cellulose fiber-based materials including cotton and linter
  • glass silk, viscose, polypropylene, polyester, polyamide (Nylon ® ), poly (lactic acid) or PLA.
  • Said fibers may optionally be functionalized and / or loaded and / or doped with additives (for example, talc, diatomite, etc.).
  • Fang et al, 2014 (Lab Chip, 2014 (14) 911-915: "Paper-based microfluidics with high resolution has a glass fiber membrane for bioassays”) describes an analysis membrane, of pruned shape, entirely made of absorbent material and liquid diffuser, of fiberglass composition. This is shaped according to the desired configuration, by a mechanized cutting of a sheet of fiberglass using a Cricut Expression ® cutter (PROVO CRAFT @ NOVELTY, USA), said fiberglass sheet having been previously laminated on a PVC reinforcement film.
  • a fiberglass material is preferred here to the (nitro) cellulose fiber materials, for its greater hydrophilicity and greater wettability, which give rise to a much better conductance and conductivity to liquids.
  • the analysis membrane is configured with a central circular zone forming deposit zone for receiving a liquid sample to be analyzed. From this deposition zone radiate eight channels, each leading to a peripheral circular zone of smaller circumference and forming a reaction zone.
  • these reaction zones are prepared for the evaluation of pH, the detection of glucose, various proteins, nitrites, ketone bodies, etc.
  • the reagents necessary for different detections are deposited in the form of solutions in the corresponding reaction zones. The drying of the membrane takes one hour, under ambient conditions.
  • each reaction zone is independently shaped in the material chosen (for example by wax impregnation, by etching or by cutting) and then functionalized separately from the other components of the membrane analysis achieve. Only after fixation / adsorption of the reagents, the reaction zones are assembled to the rest of the analysis membrane.
  • the analysis membrane is formed by assembling two pieces of different materials; one is cut from a fiberglass sheet (ie, one MF1 filter paper) and the other from a cellulose fiber sheet (in this case a Whatman TM No. 1 filter paper).
  • a deposit area In the fiberglass part, there is a deposit area. At the junction between the two fibrous parts, this deposit zone opens on a channel formed in the cellulose fiber portion. This main channel progresses through the cellulose fiber portion before dividing into two secondary channels, each leading to a reaction zone.
  • the zones of interest and the channels of the analysis membrane are traced and delimited with solid wax by a method of impregnation with wax.
  • the fiberglass material was chosen for its ability to filter whole blood and allow separation between plasma and blood cells. The cells are retained in the fiberglass deposition zone, while the plasma diffuses out of the fiberglass towards the cellulose fiber portion and then through the traced channels before reaching the reaction zone.
  • the cellulose fiber material was chosen for its fluidic conduction properties allowing a good transfer of the plasma from the deposition zone to the reaction zones.
  • the microfluidic device described by EP 2,226,635 has been specifically designed for the immunodetection of Mycobacterium tuberculosis.
  • the analysis membrane of this device is in the form of a linear succession of parts made from different hydrophilic and porous materials, cut and assembled to each other to form a strip. According to a particular embodiment, from upstream to downstream of the analysis membrane and adhering to the adhesive side of an adhesive strip, are arranged successively and partially overlapping:
  • the porous material constituting this element may be a woven or a nonwoven, polyethylene, polypropylene, cellulose, preferably a filter paper;
  • transient storage zone element for a labeled antibody, directed against the MPB64 protein (an analyte indicating the presence of Mycobacterium tuberculosis); this element is made of a nonwoven material of fiberglass composition; a little further downstream is a capture zone at which an antibody directed against this same MPB64 protein is immobilized in the same thickness of the nitrocellulose membrane;
  • an absorbent element made of a material capable of rapidly absorbing a liquid.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages encountered in the design and manufacture of microfluidic device analysis membranes known to date. More particularly, it aims to provide new analysis membranes, structure and design, compatible with the constraints of an industrial operation of a single-use diagnostic device, particularly in terms of cost of production and profitability.
  • the present invention provides a microfluidic device analysis membrane, formed integrally from a sheet of absorbent material and liquid diffuser, of fiberglass composition.
  • said analysis membrane comprises:
  • At least one zone called deposit zone
  • reaction zone in which at least one reagent is adsorbed directly to said fiberglass liquid-diffusing material, or indirectly via a coupling agent
  • this analysis membrane comprises at least one reaction zone circumscribed in a space of the analysis membrane, inside which, the channels that arrive upstream and / or the channels that leave again downstream:
  • a mechanical reinforcing layer made of a hydrophobic and impermeable material, for example a plastic film of poly (ethylene terephthalate) type, or PET.
  • analysis membrane refers to the main element of a microfluidic device for diagnostic purposes which, by its different constituent parts, ensures the reception of the liquid sample to be analyzed and the delivery of least part of the constituents of this sample to areas of analysis / detection, and serves as a support structure for the implementation of these analyzes / detections.
  • said analysis membrane is defined as being made in one piece, that is to say that it is formed of a single piece, continuous and without interruption, made in a unique material. That being so, it may be envisaged to add to an analysis membrane in one piece according to the invention of the reported elements, secondary functionality (s).
  • absorbent material and liquid diffuser refers to a porous textile whose structure consists of an ordered or random assembly of fibers (that is, a woven or a nonwoven). This textile has the ability not only to absorb aqueous liquids but also to diffuse them through its structure.
  • the absorbent material and liquid diffuser used in the making of the analysis membranes is of glass fiber-based composition.
  • fiberglass material can be advantageously used in the present description.
  • Such fiberglass materials are usually encountered in analytical laboratories (both medical and industrial) where they are commonly referred to as “fiberglass filter media” or “fiberglass filters”, and are typically applied to the treatment of liquid compositions for separation and purification purposes.
  • Their manufacture consists of forming sheets / membranes with glass micro-fibers arranged in a more or less random or orderly manner, then of joining them chemically and / or thermally and / or mechanically.
  • - WHATMAN TM filters GE Healthcare Life Sciences, USA
  • MF1, LF1, VF1, VF2 and Fusion 5 for whole blood filtration and cell / plasma separation
  • the GF filter / C for the separation of solid substances suspended in a fluid
  • reagent is used in this broadly defined description to refer to any substance used to implement the intended assay (s) / detection (s), which this substance interacts directly with or not with the target (s) sought or intervenes only as an auxiliary.
  • the reagents applied to the present invention may be, for example:
  • antibodies capture and / or detection
  • haptens aptamers
  • markers markers, coupling agents, spacer arms, adapters ...
  • nucleic probes and / or nucleic primers labeled or not, enzymes (such as enzymes with activity polymerase, recombinase or helicase), labeled or unbranched nucleic acids, optionally spacer arms, adapters ...
  • space where the rate of diffusion of liquids is slowed down refers to a particular portion / part / region of the test membrane at which the constituent fiberglass material of said membrane has been locally modified in its composition and / or in its structure and / or configuration to slow the diffusion rate of the liquids and / or to lengthen their path between two points, in this case between two reaction zones.
  • the time required for a liquid to travel the distance between two points in such a space is significantly greater than it would take to travel the same distance in another portion of the analysis membrane.
  • the expression "space with slow diffusion" can be advantageously used in the present description.
  • tortuous plot is meant a non-straight line connecting two points and composed of a series of curves and / or segments oriented in different directions.
  • tortuous traces mention may be made in particular of waves of elementary shape such as a sinusoidal, square, triangular or sawtooth shape (see FIG. 17).
  • Geometrically less regular plots, without repeated elementary patterns, are also operative.
  • the tortuous channel pattern at the diffusion spaces artificially increases the distance between two points of the analysis membrane, or rather increases the temporal distance separating two points of the analysis membrane.
  • the present invention has opted for integral analysis membranes whose structure is entirely made of a fiberglass material.
  • each reagent in solution in ad hoc adsorption buffer is deposited in its reaction zone where it is retained long enough to be able to adsorb. Forced drying (non-passive, for example by heat treatment and / or by ventilation) makes it possible to further limit the dispersion of the reagents outside the reaction zones.
  • Certain embodiments of the diffusion-reduced spaces according to the invention give rise to an effective reduction in the diffusion rate of the liquids.
  • the diffusion rate of the water at ambient temperature (of the order of 20-28 ° C.) can in fact be divided by a factor at least equal to 2, with respect to its diffusion rate on the same support of composition based on fiberglass, before modification.
  • Such embodiments provide better control over the concentration / amount of reagents finally adsorbed in the reaction zones, and make it possible to increase the contact time between the analytes of the test sample and the reagents present in each zone of the reaction zone. localized reaction in these spaces with slow diffusion.
  • the improvement in the quality of the reactions thus obtained is all the more significant for analyzes that require sequential processing of the liquid sample; the reaction zones dedicated to such an analysis are arranged in series, each of the reaction zones being specifically functionalized in order to be able to carry out a particular step of the analysis method.
  • an analysis membrane according to the invention requires the liquid to analyze large variations in speed in their diffusion. These large variations in diffusion rate form, just upstream of the spaces with slow diffusion, a bottleneck at which the liquid to be analyzed accumulates. This temporary accumulation makes it possible to reduce the surface area of the liquid exposed to gas exchange and, consequently, to significantly slow down the drying of the liquid to be tested.
  • the fiberglass material in this particular part of the analysis membrane, has encrustations of solid wax.
  • first intermediate pattern intended to coat the underside of a fiberglass sheet which will constitute the basic structure of the analysis membrane; this first intermediate pattern is in the image of the space diffusion slowed to achieve;
  • a second intermediate pattern intended to coat the upper face of the fiberglass sheet; this is an inverted image of the first intermediate pattern;
  • the first and second intermediate units may be printed on one and the same transfer film or on two independent transfer films;
  • these intermediate units are affixed directly in contact with the two faces of the fiberglass sheet so that, on both sides of the the thickness of this sheet fiberglass, they are found mutually symmetrical, at least substantially opposite one another;
  • said fiberglass sheet and the said transfer film (s) are subjected to a heat treatment capable of causing at least partial melting of the wax constituting the intermediate units, and a mechanical treatment able to compress momentarily the thickness of all or part of said fiberglass sheet;
  • said fiberglass sheet is subjected to a mechanical and thermal expansion phase, able to allow said sheet to recover at least part of its initial thickness and the wax to resolidify within the thickness of said fiberglass sheet.
  • the printing of the intermediate patterns is carried out with a solid ink weakly concentrated in wax and / or in a pale color (weakly intense).
  • the intensity of the printed color is proportional to the amount of wax deposited on the transfer film; this intensity of color is chosen so that, once in the thickness of the fiberglass sheet, the amount of wax thus transferred is insufficient to completely block the passage of liquids by capillarity but just sufficient to significantly reduce the speed of this passage.
  • this wax impression is implemented using a XEROX ® ColorQube TM type printer, powered with XEROX ® 108R00931 solid reference inks (cyan color), 108R00932 (magenta color), 108R00933 ( yellow color) and 108R00934 / 108R00935 (black color).
  • channels or microchannels of small width and / or thin are shaped in the fiberglass material; these micro-channels channel the flow of liquids that pass through said space.
  • the average section of these microchannels is advantageously between 10000 ⁇ 2 and 500,000 ⁇ 2 , preferably between 1,000 ⁇ 2 and 150,000 ⁇ 2 , and even more preferably between 30,000 ⁇ 2 and 55,000 ⁇ 2 .
  • the channels of the diffusion-delayed spaces have advantageously a width between 150 ⁇ and 1.5 cm, preferably between 200 and 1000 ⁇ .
  • a reduction in the diffusion rate of the liquids is obtained thanks to reduced hydrophilicity and / or flow density.
  • the diffusion rate of the water (subjected to ambient temperature, that is to say to a temperature of the order of 20-28 ° C.) is divided by a factor at least equal to 2, with respect to its diffusion rate on the same fiberglass composition support, before modification.
  • the channels progressing within these spaces comprise at least one portion having a tortuous path.
  • the tortuous route of these channels makes it possible to lengthen the fluidic distance that separates two points of the analysis membrane.
  • said tortuous trace can be graphically represented as a wave of elementary shape chosen from: a sinusoidal, square, triangular, sawtooth wave or a combination thereof.
  • an analysis membrane according to the invention advantageously comprises, localized in a space with slowed diffusion, at least two reaction zones. These reaction zones are arranged in direct fluid communication, one behind the other.
  • the reaction zones of the same space with slow diffusion are arranged in indirect fluid communication, one behind the other and between which is interposed at least one buffer zone. Said at least one buffer zone is not functionalized.
  • the fiberglass material at this level has not undergone any treatment or any modification in its structure or composition.
  • the buffer zones of a space with slow diffusion of an analysis membrane according to the invention have a surface generally of between 0.5 mm 2 and 25 mm 2 , preferably of order of 1-10 mm 2 .
  • a width and a length or a base and a height can be defined, then the corresponding widths and lengths or the bases and the corresponding heights, are of the same order of magnitude, usually in a ratio of 1 to 5.
  • the distance between two adjacent zones, reaction zones and / or buffer zones is less than 15 mm, preferably less than 5 mm, and more preferentially still is of the order of 1-2 mm.
  • the different reaction zones can be functionalised concomitantly with a minimal risk of contamination from one reaction zone to another, and a good control of the amount of reagents charged to each reaction zone.
  • a space with slow diffusion of an analysis membrane comprises at least two reaction zones placed in direct fluid communication, one behind the other and at a distance of less than 5 mm, preferably at a distance of less than 5 mm. distance of the order of 1-2 mm.
  • An analysis membrane according to the invention may be of solid form.
  • the outline of the different deposit zones, reaction zones and channels for communication fluidic is advantageously traced with solid wax.
  • the solid wax implanted through the thickness of the fiberglass sheet forms liquid-tight barriers.
  • the spaces with slow diffusion advantageously incorporate inlays of solid wax.
  • European Patent Application No. EP16163217.9 bioMérieux teaches a method for producing such a solid form analysis membrane.
  • An analysis membrane according to the invention may also be of pruned shape.
  • said analysis membrane is cut from a sheet of glass fiber material previously coated with a mechanical reinforcing layer on one of its faces, along the outside contour of the hydrophilic network formed by the different deposit zones. reaction, the fluidic conduction channels and the slow diffusion spaces.
  • an analysis membrane according to the invention can also be of mixed form.
  • it is shaped in a sheet of fiberglass material, one of whose faces, called the lower face, is previously coated with a mechanical reinforcing layer and the contour of the hydrophilic network formed by the deposition and reaction zones. , the fluidic conduction channels and the microchannels of the spaces with slow diffusion, are engraved in the mass of the fiberglass material until reaching the surface of the mechanical reinforcing layer.
  • the present invention also relates to a microfluidic device analysis membrane and a microfluidic device comprising such an analysis membrane, characterized, in combination, by all or some of the characteristics above or below.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a wax impregnation method for forming an analysis membrane according to a first embodiment; in this first embodiment, the analysis membrane is said to be solid and the spaces with slow diffusion are created by wax incrustation;
  • Figure 2 shows in (A), a schematic representation of a transfer film used in the wax impregnation process illustrated in the previous figure, and in (B), a photograph of an analysis membrane of solid form obtained from this transfer film;
  • Figure 3 Figure 4A and Figure 4B are photographs illustrating the application of a solid form analysis membrane according to the invention for immunodetection purposes;
  • Figure 5 is a photograph of an analysis membrane according to the invention shaped for the detection of dengue virus, by a co-detection of the proteins NS 1 and DomII;
  • FIG. 6 presents photographs of C0 2 laser etched filter media illustrating the influence of the width of the etching lines on the tightness of the patterns
  • FIG. 7 shows a graphical representation (A) and a photograph (B) illustrating the influence of the width of the microchannels on the flow distance of the liquids through a slow diffusion space formed in a fiber filter medium. glass;
  • FIG. 8 is a graphical representation showing the correlation between the width of the microchannels and the flow distance of the liquids through a slow diffusion space formed in a fiberglass filter media;
  • Figure 9 shows photographs illustrating the influence of (micro) channel width on the flow velocity of liquids through fiberglass filter media;
  • Fig. 10 is a graphical representation showing the evolution of liquid flow velocity versus width of (micro) channels formed in fiberglass filter media
  • Figure 11 shows photographs illustrating the influence of the thickness of the filter media on the flow of liquids
  • Figure 12 is a graphical representation showing the evolution of the liquid flow velocity as a function of the thickness of the filter media
  • FIG. 13 is a photographic representation of an example of an analysis membrane according to the invention, shaped by ablation / laser etching, with enlargement of the spaces with slowed diffusion;
  • Fig. 14 is a graphical representation illustrating an example of an assay membrane according to the invention shaped by ablation of hydrophilic material and functionalized for molecular detection of target nucleic sequences;
  • Figure 15 shows three photographs exposing the results of a molecular detection of a target nucleic sequence, by means of an analysis membrane according to the invention
  • FIG. 16 is a photographic representation of another example of an analysis membrane according to the invention, shaped by laser ablation, with enlargement of the spaces with slowed diffusion;
  • Figure 17 is a graphical representation of waves of elementary shapes such as sinusoidal, square, triangular and sawtooth forms, tortuous traces in the sense of the present invention may possibly resume.
  • FIG. 1 schematically illustrates the implementation of a method for manufacturing an analysis membrane 10, according to a first embodiment of the invention according to which the analysis membrane is of solid form and the Slow diffusion spaces are obtained by wax encrustation.
  • an image 12'a corresponding to the pattern to be integrated in the thickness of a fiberglass sheet 11 is created by computer and by means of a drawing software. This first image 12'a is duplicated in a symmetrical image 12'b.
  • the two images 12'a and 12'b are printed on a transfer film 20, so as to form two intermediate units 12a and 12b arranged symmetrically with respect to an axis S.
  • This axis of symmetry S is also printed on the transfer film 20, as a visual cue.
  • Figure 2 (A) illustrates in detail such a transfer film 20 on which are printed the two intermediate units 12'a and 12'b.
  • the transfer film 20 is folded in two along the axis of symmetry S, the intermediate units 12a and 12b turned inwards. The latter are thus superimposed on one another.
  • a fiberglass sheet 11 is slid inside the folded transfer film 20, interposed between the two intermediate units 12a and 12b.
  • the fiberglass sheet 11, sandwiched between the two flaps of the transfer film 20, is then placed in a press between two horizontal, heated compression plates and two rubber parts forming a thermal and mechanical buffer.
  • the assembly is subjected to a pressure of the order of 1 kg / cm 2 and at a temperature of 120 ° C for about 3 minutes. During this process, the wax previously printed on the transfer film 20 is transferred onto both sides of the fiberglass sheet 11, and then impregnates the thickness.
  • the printing is done with a XEROX ® ColorQube TM type printer, powered with XEROX ® 108R00931 solid reference inks (cyan color), 108R00932 (magenta color), 108R00933 (yellow color) and 108R00934 / 108R00935 (black color).
  • the transfer film 20 is an ordinary office paper sheet.
  • the intermediate units 12a and 12b printed on the transfer film 20, of generally rectilinear shape, have a flared upper part and a narrow lower part with an open end. Their outer contours are printed in black ink with a high color intensity. In doing so, the amount of wax corresponding has proved sufficient to allow the realization and obtaining impervious edges in the thickness of the sheet of fiberglass.
  • the upper part of the intermediate units 12a and 12b is flared and is intended to form a hydrophilic zone, in this case a deposition zone 13a able to receive a liquid sample to be analyzed. Once deposited in the deposition zone 13a, the liquid sample will be able to migrate by capillarity towards the other hydrophilic zones of the device, namely towards the lower part where the reaction zones are located.
  • Figure 2 (B) is a photograph of an assay membrane prepared from the transfer film (after special functionalization of the reaction zones and after use).
  • This lower part of the pattern corresponds to a space with diffusion slowed according to the invention.
  • This space marked in FIG. 2 (B) by a frame with a discontinuous contour, is obtained by transfer and impregnation of a solid ink layer 14 of pale color (weakly intense) applied on both sides of fiberglass sheet. glass 11.
  • the intensity of the color to be applied is determined to reduce the hydrophilicity of the fiberglass material without blocking the passage of liquids.
  • reaction zones 13b, 13c, 13d and 13e are located within this space with slowed diffusion, spared by the impregnation with wax.
  • the position of each of these areas of interest is specifically identified by the marking elements 14b, 14c, 14d and 14e, also drawn in colored solid ink.
  • the analysis membrane 10 has been functionalized for the detection of hepatitis B by immuno-detection of the HBs antigen contained in the blood.
  • Zone 13d is functionalized by means of anti-HBs monoclonal antibodies specific for the reaction; zone 13d forms the "spot test".
  • the 13th zone is functionalized by means of anti-alkaline phosphatase monoclonal antibodies, specific for the detection conjugate; the 13th zone forms the "positive control spot”.
  • Area 13c is functionalized with non-specific antibodies to the reaction (e.g., anti-rat antibodies); zone 13c forms the "negative control spot".
  • the functionalization of these different zones by the antibodies is carried out by adsorption of the antibodies.
  • zone 13b is dedicated to storage of the second part of the conjugate complex (monoclonal antibodies anti-HBs labeled with biotin); zone 13b forms the "anti-HBs-biot Ac spot".
  • the deposition zone 13a may also be used for storing the conjugate of the enzyme-linked immunosorbent reaction (streptavidin-alkaline phosphatase or STRE-PAL) in dried form. This conjugate will be resolubilized by the liquid phase of the sample to be analyzed.
  • the enzyme-linked immunosorbent reaction streptavidin-alkaline phosphatase or STRE-PAL
  • the analysis membrane 10 According to a second mode of application of the analysis membrane 10 previously described, it has been functionalized for the detection, in blood and plasma, of two proteins of the dengue virus: the NSI protein and the domain III of the envelope protein of the virus (DomII).
  • zone 13e anti-ALP control zone 0.35 of an anti-alkaline phosphatase antibody 1 mg / ml in PBS,
  • test zone 13c 0.35 of an anti-NSI antibody at 1 mg / ml in PBS,
  • zone 13d (negative control zone): 0.35 ⁇ M, 0.5% PBS-BSA.
  • the analysis membrane is allowed to dry for 3 minutes at 60 ° C. It is then ready for use.
  • the underside was previously covered with a liquid impervious mechanical reinforcing layer, in this case an adhesive film made of polyethylene terephthalate.
  • a series of seven circular patterns has been laser engraved with a sufficient depth of etching to reach the mechanical reinforcing layer.
  • the engraved circles have the same internal diameter of 10 mm, while their engraved edges are of varying thickness, ranging from 0.2 mm to 1.4 mm, in leaps of 0.2 mm.
  • a drop of dye is deposited in the center of the patterns to check their tightness.
  • Table 1 presents the characteristics of the filter media tested as well as the operating parameters applied to the C0 2 laser used.
  • a series of patterns comprising a reservoir R linked to a zone of slow diffusion Z, comprising a micro-channel of variable width from one pattern to another, have been etched by laser C0 2 .
  • the widths tested are 80, 100, 120, 140 and 160 ⁇ .
  • a constant volume of dye (20 ⁇ ) is then deposited in the reservoir zone. The distance traveled by the dye in the channel is measured in each case. The results are presented numerically in Table 2 below and graphically in Figure 8. Width of microDistance
  • the distance (d) traveled by the dye in the microchannels is proportional to the width (C) thereof. It is thus possible to control the routing of liquids by means of the laser engraving method described here. Moreover, the implementation of such an analysis makes it possible, for a given fiberglass material, to evaluate the width of the microchannels and the distance between two reaction zones / buffer to be applied to a space with slow diffusion. of an analysis membrane according to the invention. c) Determination of the influence of the (micro) channel width on the flow velocity of liquids
  • the nominal migration rate of a liquid of viscosity close to water in the Whatman TM MF1 type fiberglass support (367 ⁇ thick) is of the order of 2 mm / s.
  • fiberglass membranes the underside of which is reinforced with a PET film, have been shaped by the C0 2 laser, by ablation of material in order to emerge (micro) channels of different widths.
  • FIG. 9 shows three of the membranes thus prepared, denoted A, B and C. These membranes have a central zone O in which the colored liquid has been deposited, and the diffusion of this liquid through (micro) channels 6A, or 6c, arranged on either side of the central zone O, was followed.
  • the width of the micro-channel 6A of the membrane A is 100 ⁇ , that of the microchannels of the membrane B, 400 ⁇ , and that of the channels C of the membrane C, 3 mm.
  • fiberglass membranes the underside of which is reinforced with a PET film, have been shaped with the C0 2 laser, by ablation of material so as to create zones of lesser thickness.
  • the application of a laser makes it possible to eliminate a given percentage of the thickness of the material, this thickness varying with the power and the speed of the laser. If the power / speed ratio is too high, the etching is too deep and tends towards the total elimination of the material. If the power / speed ratio is too low, the impact of the etching on the confinement of the liquids is negligible.
  • ⁇ residual thickness of the membrane
  • the etched areas SD of the membrane D have a residual thickness of the order of 120 ⁇ .
  • the residual thickness of the etched areas SE of the membrane E is of the order of 170 ⁇ . These residual thicknesses of paper on the etched areas were measured using a comparator, a mechanical instrument for determining very small thicknesses.
  • the maximum thickness of paper type MF1 for effective retention of liquids, that is to say a decrease of half the speed of liquids within it, is around 130 ⁇ .
  • the exemplified analysis membrane comprises two hydrophilic analysis networks arranged head-to-tail, each hydrophilic network comprising:
  • a space with slow diffusion containing three crossing reaction zones 32a or 32b, 33a or 33b, and 34a or 34b, aligned one behind the other; the distance between two adjacent reaction zones is of the order of 1 mm.
  • a secondary deposition or secondary storage zone, 35a or 35b placed in direct fluid communication with the reaction zone 33a or 34b, through a micro-channel.
  • each reaction zone is in direct fluid communication with the adjacent reaction zone, through a single conical micro-channel.
  • each reaction zone is in direct fluid communication with the adjacent reaction zone, through three parallel microchannels and of generally rectilinear shape.
  • Figure 14 shows an etching pattern according to a particular configuration of an analysis membrane 40 according to the invention, shaped in Whatman TM MF1 type fiberglass material, for detection of target nucleic sequences.
  • the corresponding analysis membrane 40 comprises, upstream, a mixed zone 37, in that it serves, firstly, to store in advance the dry reagents and, secondly, to receive the liquid reagents ( sample and enzymatic substrate) during the analysis.
  • a slow diffusion space in which is located a series of reaction zones 38a-38d, positioned as scale bars and interconnected by micro-channels. These micro-channels have a beveled shape, with a maximum width of the order of 300 ⁇ .
  • the third zone 39 at the outlet of the space with slow diffusion, serves as a capillary pump for the flow of liquids.
  • the channel which ensures the fluidic communication between the zone 37 and the reaction zones of the space with slowed diffusion merges structurally with a part of the zone 37 and constitutes an extension thereof auditing space slowed down.
  • the zone 37 is functionalized by drying the following detection reagents, in a buffer which allows their easy redissolution by the sample: i) oligonucleotides, specific for the single-stranded DNA target to be detected, labeled with biotin ii) oligonucleotides, specific to another part of the DNA target sequence, labeled with horseradish peroxidase and iii) alkaline phosphatase labeled streptavidin.
  • the reaction zones 38a-38e serve for the specific capture and the revelation of the presence of the target DNA.
  • the first reaction zone 38a is functionalized by adsorption of monoclonal antibodies directed against horseradish peroxidase (specific test).
  • the following three reaction zones 38b, 38c and 38d are functionalized by adsorption of BSA. They serve here as a negative control but could also allow multiplexed detections.
  • the last reaction zone 38e is functionalized by adsorption of BSA-biotin (positive control).
  • Figure 15 illustrates the results of a detection using such an analysis membrane. From left to right, the target nucleic acid concentrations are 0 (negative control), 1 nM and 10 nM.
  • the analysis membrane 50 was shaped into Whatman TM MF1 fiberglass material by C0 2 laser ablation cutting.
  • the analysis membrane 50 comprises:
  • zone 59 at the outlet of the space with slow diffusion, which serves as a capillary pump for the flow of liquids.
  • the slow diffusion space here corresponds to a conduction channel portion at which the channel has a width of the order of 1.0-1.5 mm and a tortuous path.
  • This plot has the shape of a triangular elemental wave.
  • the passage time of the liquids through the different reaction zones 58a, 58b and 58c is thus regulated, on the one hand, by the small width of the channel and, on the other hand, by its tortuous pattern.
  • the analysis membrane 50 is covered with a transparent adhesive film, applied on its underside.
  • the assembly is surmounted by a rigid polymer plate (of the order of 1 mm thick).
  • this plate is transparent and is made of polymethylmethacrylate, or PMMA.
  • the underlying analysis membrane thus remains visible in its entirety, facilitating visual tracking of the diffusion of the liquid to be analyzed through the analysis membrane.
  • the analysis membrane is confined in a housing made of an opaque polymer material.
  • the upper face of this housing may possibly take up the configuration of the PPMA transparent plate, which has cut-out openings positioned in relation to the areas of interest of the analysis membrane, in particular the zone for depositing the sample 57. and the reaction zones 58a, 58b and 58c.
  • reaction zone 58b corresponds to a test zone
  • reaction zone 58a the reaction zone 58a, at a negative control zone
  • reaction zone 58c the reaction zone 58c, to a positive control zone.
  • the part (a) shows the visual of a test to the negative result and the part (b), the visual of a test to the positive result.

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Abstract

L'invention concerne une membrane d'analyse de/pour dispositif microfluidique, façonnée d'un seul tenant à partir d'un matériau, absorbant diffuseur de liquide, de composition à base de fibre de verre, au travers de laquelle un échantillon biologique une fois déposé sur ladite membrane d'analyse, progresse par capillarité et est soumis à au moins une analyse qualitative et/ou quantitative, ladite membrane d'analyse comprend : - au moins une zone dite zone de dépôt, - au moins une zone dite zone de réaction, dans laquelle au moins un réactif se trouve adsorbé directement audit matériau diffuseur de liquide en fibre de verre, ou indirectement grâce à un agent de couplage, - des canaux assurant une communication fluidique entre ces zone(s) de dépôt et zone(s) de réaction, et est caractérisé en ce qu'au moins une zone de réaction est circonscrite dans un espace de la membrane d'analyse, dit espace à diffusion ralentie, à l'intérieur duquel, les canaux qui arrivent en amont et/ou les canaux qui repartent en aval : - se prolongent en un ou en plusieurs canaux de moindre largeur, et/ou - se prolongent en un ou en plusieurs canaux de moindre épaisseur, et/ou - se prolongent en un ou en plusieurs canaux comprenant au moins une portion ayant un tracé tortueux.

Description

MEMBRANES D'ANALYSE DE DISPOSITIFS MICROFLUIDIQUES,
REALISEES EN UN MATERIAU EN FIBRE DE VERRE
La présente invention a trait au domaine général de la micro fluidique. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs microfluidiques à visée diagnostique, ainsi que les procédés de fabrication de tels dispositifs.
La micro fluidique peut être définie comme l'étude des phénomènes qui régissent le mouvement de petits volumes de fluide, notamment de liquide. Elle englobe le développement de systèmes et de dispositifs permettant de faire circuler et/ou de manipuler de petits volumes de fluides et ce, à des fins très diverses comme, par exemple :
- pour mélanger, voire pour faire réagir, tout ou partie des constituants d'un ou de plusieurs fluides, entre eux et/ou avec des composés exogènes,
- pour séparer certains constituants d'un fluide, éventuellement en vue d'en analyser les propriétés chimiques et/ou physiques,
- pour détecter, voire pour doser, des agents cibles dont on suspecte la présence.
La micro fluidique trouve ainsi des applications dans de nombreux domaines techniques. Dans le domaine de la clinique, les tests de diagnostic mettant en œuvre des dispositifs microfluidiques ont connu une rapide évolution depuis ces deux-trois dernières décennies (Yetisen et al., 2013 - Lab Chip, 2013 (13) 2210-2251 : « Paper-based microfluidic point-of-care diagnostic devices »).
Aussi désignés par « capteurs microfluidiques », ces dispositifs rendent non seulement possible l'analyse de petits volumes d'échantillons liquides, ils permettent également d'entreprendre, sur une seule et même plateforme d'analyse, une pluralité de tests de détection, voire de quantification, d'analytes et/ou d'agents pathogènes cibles et ce, par une manipulation simple et rapide. La présente invention s'intéresse plus précisément aux dispositifs microfluidiques à usage unique, du type de ceux qui comprennent une membrane d'analyse réalisée dans un matériau poreux et qui fonctionnent selon un principe dit de mouvement latéral des fluides, en l'occurrence des liquides. Le principe général de fonctionnement de ce type de dispositif micro fluidique repose essentiellement sur une membrane d'analyse confectionnée/façonnée à partir d'une feuille de matériau poreux, hydrophile et absorbant, sur laquelle et dans la masse de laquelle est ménagé un réseau hydrophile formé de zones d'intérêt et de canaux. A l'intérieur et au travers de ce réseau de zones d'intérêt et de canaux, un liquide à analyser (par exemple un échantillon biologique liquide), une fois déposé sur ladite membrane d'analyse, peut progresser par simple capillarité et être soumis à une analyse ou une série d'analyses qualitatives et/ou quantitatives de ses constituants (immunodétection, détection moléculaire, test d'affinité, test de couplage ligand-récepteur, évaluation du pH...).
De manière très schématique, sur les membranes d'analyse des dispositifs microfluidiques, il peut être distingué :
- des zones dites zones de dépôt, au niveau desquelles les liquides à analyser sont déposés,
- des zones dites zones de réaction, au niveau desquelles ont lieu les réactions de détection et/ou de dosage,
- éventuellement, des zones mixtes qui font office simultanément de zones de dépôt et de zones de réaction,
- éventuellement, des zones dites zones réservoirs, au niveau desquelles des réactifs et/ou additifs nécessaires aux réactions à mener sont stockés, généralement sous forme sèche avant d'être réhydratés (ou solubilisés) et transférés vers des zones de réaction spécifiques,
- éventuellement, des zones de dépôt secondaires, qui seront alimentées en réactif(s) et/ou en additif(s), extemporanément et/ou au cours du processus d'analyse, et
- des structures formant canaux qui assurent une conduction fluidique entre les zones d'intérêt, et à travers lesquelles les liquides progressent par un simple phénomène de capillarité.
Actuellement, les membranes d'analyse pour dispositifs microfluidiques, confectionnées à partir d'une feuille de matériau poreux, hydrophile et absorbant, sont façonnées principalement selon trois modes de conception.
Dans le premier mode, notamment exemplifîé dans WO 2010/102294, WO 2010/003188 et WO 2008/049083, ces membranes d'analyse ont une forme bidimensionnelle qui peut être qualifiée de forme pleine et leur géométrie générale est relativement simple (par exemple, un rectangle, un carré, un disque...). Sur ces membranes d'analyse, les réseaux hydrophiles (zones de dépôt, zones de réaction, zones mixtes et/ou zones réservoirs, canaux de conduction fluidique) sont tracés et circonscrits au moyen de structures en matériau(x) solide(s) et hydrophobe(s), implantées à travers l'épaisseur même de la membrane d'analyse et formant ainsi des barrières étanches aux liquides.
Dans un deuxième mode, notamment exemplifïé par US 2008/0317633, les membranes d'analyse ont une forme bidimensionnelle qui peut être qualifiée de forme élaguée ou découpée. De telles membranes d'analyse sont découpées dans une feuille de matériau poreux, hydrophile et absorbant, précisément en suivant le contour extérieur du réseau hydrophile que forment les différentes zones d'intérêt et les canaux de conduction fluidique.
Dans un mode mixte, notamment décrit par Fan et al., 2013 (Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS), 2013 - 8th IEEE International Conférence: « Low-cost rapid prototyping of flexible plastic paper based microfluidic devices »), les membranes d'analyse ont une forme qui peut être qualifiée de forme pleine. Ces membranes d'analyse sont façonnées/usinées à partir d'une feuille de matériau poreux, hydrophile et absorbant, dont la face inférieure est revêtue d'un film de renfort mécanique. Sur ces membranes d'analyse, le réseau hydrophile est tracé et délimité non pas par des barrières étanches implantées à travers l'épaisseur même de la membrane d'analyse, mais par le vide laissé après un enlèvement de matière poreux et hydrophile. Cet enlèvement de matière peut être réalisé au moyen de techniques d'usinage très diverses, notamment gravure, ablation. De nos jours, le laser permet une mise en œuvre rapide et précise de ces techniques d'usinage.
Quel que soit le mode de conception choisi, parce que lesdites membranes d'analyse ont longtemps été réalisées à partir d'une feuille en fibre de cellulose ou de nitrocellulose, l'appellation « μΡΑΟ » (pour "microfluidic paper-based analytical devices ", en anglo-saxon) a été largement adoptée pour faire référence aux dispositifs microfluidiques à usage de diagnostic qui intègrent dans leur structure de telles membranes d'analyse.
Jusqu'à présent, ce type de matériau, n'a pas permis la réalisation de membranes d'analyse pour dispositifs microfluidiques qui soient pleinement satisfaisantes. Du fait des volumes extrêmement faibles à manipuler (à peine quelques dizaines de microlitres), les échantillons liquides à analyser sont très sensibles à l'assèchement. L'hygrométrie, la température, la ventilation ambiante sont autant de paramètres qui influent sur la vitesse d'assèchement des échantillons. Qui plus est, au fur et à mesure que l'échantillon liquide s'étale à travers la membrane d'analyse, la vitesse d'assèchement augmente ainsi que la viscosité, freinant de surcroit la diffusion de l'échantillon. Selon les conditions dans lesquelles les analyses sont mises en œuvre, les échantillons à analyser n'arrivent pas toujours en quantité suffisante au niveau des zones de réaction.
Pour remédier à ce problème, plusieurs approches sont investiguées. Une de ces approches consiste à optimiser la typographie des membranes d'analyse, notamment pour réduire les distances d'acheminement des liquides à analyser vers les zones de réaction. Une autre approche vise à améliorer les performances des substrats de cellulose et de nitrocellulose existant, par exemple en fonctionnalisant les fibres, et/ou à proposer de nouveaux matériaux fibreux aux propriétés améliorées en termes d'hydrophilie et/ou d'absorption et/ou de conduction des fluides.
A cet égard, à titre d'exemples de matériaux actuellement disponibles et connus pour la confection de membranes d'analyse de dispositifs micro fluidiques, on citera en particulier les matériaux à base de fibres de cellulose (y compris de coton et de linter), de verre, de soie, de viscose, de polypropylène, de polyester, de polyamide (Nylon®), de poly(acide lactique) ou PLA. Lesdites fibres peuvent éventuellement être fonctionnalisées et/ou chargées et/ou dopées d'additifs (par exemple, talc, diatomite...).
Dans ce contexte, Fang et al, 2014 (Lab Chip, 2014 (14) 911-915 : « Paper- based microfluidics with high resolution eut on a glass fiber membrane for bioassays ») décrit une membrane d'analyse, de forme élaguée, entièrement réalisée dans un matériau absorbant et diffuseur de liquide, de composition à base de fibre de verre. Celle-ci est façonnée selon la configuration souhaitée, par une découpe mécanisée d'une feuille en fibre de verre au moyen d'une découpeuse Cricut Expression® (PROVO CRAFT @ NOVELTY, Etats-Unis), ladite feuille en fibre de verre ayant été préalablement contrecollée sur un film de renfort en PVC. Un matériau en fibre de verre est ici préféré aux matériaux en fibre de (nitro)cellulose, pour sa plus grande hydrophilie et sa plus grande mouillabilité, qui donnent lieu à une bien meilleure conductance et conductivité aux liquides.
La membrane d'analyse est configurée avec une zone circulaire centrale, formant zone de dépôt destinée à recevoir un échantillon liquide à analyser. A partir de cette zone dépôt rayonnent huit canaux, chacun débouchant sur une zone circulaire périphérique de circonférence plus petite et formant zone de réaction. A des fins d'analyse urinaire, ces zones de réaction sont préparées pour l'évaluation du pH, la détection de glucose, de diverses protéines, des nitrites, des corps cétoniques... Les réactifs nécessaires aux différentes détections sont déposés, sous la forme de solutions, dans les zones de réaction qui leur correspondent. Le séchage de la membrane prend une heure, sous conditions ambiantes.
La capacité des matériaux en fibre de verre à pouvoir transférer les liquides avec une très grande vitesse est décrite par Fang et al., 2014 comme un avantage certain pour la micro fluidique. Néanmoins, lorsqu'il s'agit de concevoir des membranes d'analyse à partir de tels matériaux, cette grande vitesse de transfert/diffusion des liquides (de l'ordre de 2 mm.s"1) occasionne des difficultés qui sont difficiles à surmonter pour à un homme du métier. En effet, la fonctionnalisation des zones de réaction est ici mise en œuvre essentiellement par des techniques d'adsorption, utilisant des réactifs en solution dans un tampon d'adsorption. Une fois les réactifs déposés sur la membrane en fibre de verre, ceux-ci sont censés pénétrer le matériau et se fixer aux constituants du matériau (essentiellement des fibres et des liants), par simple adsorption. L'adsorption des réactifs n'est pas instantanée, mais se fait de manière progressive au rythme de l'évaporation du tampon d'absorption. Compte tenu de la rapide diffusion des réactifs au travers de la membrane en fibre de verre et du fait que les zones de réaction sont ouvertes sur le reste du réseau hydrophile, il s'avère difficile de circonscrire l'adsorption des réactifs à l'intérieur même des zones de réaction. Les réactifs ont une forte tendance à diffuser hors des zones de réaction avant de s'adsorber au matériau. Ces fuites de réactifs ont comme conséquences :
- une dilution des réactifs dans les zones de réaction, et donc une perte de sensibilité du signal de détection, mais également
- un risque de contamination d'une zone de réaction par un réactif provenant d'une zone de réaction voisine, et une perte de fiabilité du dispositif d'analyse.
D'autres comme Songjaroen et al., 2012 (Lab Chip, 2012 (12) 3392-3398 : « Blood séparation on microfluidic paper based-analytical devices ») ou encore EP 2 226 635 ont opté pour des membranes d'analyse composites, c'est-à-dire des membranes formées à partir d'une pluralité de pièces de différents matériaux, assemblées les unes aux autres pour former une succession de zones de fonctionnalité(s) particulière(s). Pour chacune de ces zones de fonctionnalité(s) particulière(s), le matériau correspondant a été spécifiquement sélectionné pour des degrés d'hydrophilie, de porosité et/ou de mouillabilité particuliers. Lorsque les matériaux choisis pour les zones de réaction présentent une vitesse de diffusion des liquides jugée trop élevée, chaque zone de réaction est indépendamment façonnée dans le matériau choisi (par exemple par imprégnation à la cire, par gravure ou par découpe) puis fonctionnalisées isolément des autres parties constitutives de la membrane d'analyse à réaliser. Ce n'est qu'après la fixation/adsorption des réactifs, que les zones de réaction sont assemblées au reste de la membrane d'analyse.
Songjaroen et al., 2012 décrit ainsi un dispositif micro fluidique destiné à l'analyse des protéines plasmatiques à partir d'échantillons de sang total. La membrane d'analyse est formée par l'assemblage de deux pièces de matériaux différents ; l'une est découpée dans une feuille en fibre de verre (à savoir, un papier filtre MF1) et l'autre, dans une feuille en fibre de cellulose (en l'occurrence un papier filtre Whatman™ No. 1). Dans la partie en fibre de verre, est ménagée une zone de dépôt. Au niveau de la jonction entre les deux parties fibreuses, cette zone de dépôt s'ouvre sur un canal ménagé dans la partie en fibre de cellulose. Ce canal principal progresse à travers la partie en fibre de cellulose avant de se diviser en deux canaux secondaires, chacun débouchant sur une zone de réaction. Les zones d'intérêt et les canaux de la membrane d'analyse sont tracés et délimités à la cire solide, par une méthode d'imprégnation à la cire. Pour la zone de dépôt, le matériau en fibre de verre a été choisi pour sa capacité à pouvoir filtrer le sang total et permettre une séparation entre le plasma et les cellules sanguines. Les cellules sont retenues dans la zone de dépôt en fibre de verre, alors que le plasma diffuse hors de la fibre de verre en direction de la partie en fibre de cellulose, puis à travers les canaux tracés avant d'atteindre les zone de réaction. Le matériau en fibre de cellulose a été choisi pour ses propriétés de conduction fluidique permettant un bon transfert du plasma de la zone de dépôt aux zones de réaction.
Le dispositif micro fluidique décrit par EP 2 226 635 a été conçu quant à lui spécifiquement pour l'immunodétection de Mycobacterium tuberculosis. La membrane d'analyse de ce dispositif se présente sous la forme d'une succession linéaire de pièces réalisées à partir de différents matériaux hydrophiles et poreux, découpées puis assemblées les unes aux autres pour former une bandelette. Selon un mode de réalisation particulier, de l'amont vers l'aval de la membrane d'analyse et adhérant sur la face collante d'une bande adhésive, sont agencés de façon successive et partiellement chevauchante :
- un élément formant zone de dépôt, apte à recevoir un échantillon liquide à analyser ; le matériau poreux constitutif de cet élément peut être un tissé ou un non tissé, en polyéthylène, polypropylène, cellulose, préférentiellement un papier filtre ;
- une bande de membrane en nitrocellulose :
- sur la partie amont, se trouve un élément formant zone de stockage transitoire pour un anticorps marqué, dirigé contre la protéine MPB64 (un analyte indicateur de la présence de Mycobacterium tuberculosis) ; cet élément est réalisé dans un matériau non-tissé de composition à base de fibre de verre ; - un peu plus en aval, se trouve une zone de capture au niveau de laquelle, un anticorps dirigé contre cette même protéine MPB64 est immobilisé dans l'épaisseur même de la membrane de nitrocellulose ;
- un élément absorbant réalisé dans un matériau capable d'absorber rapidement un liquide.
Les membranes d'analyse composites, compte tenu de la fabrication indépendante et isolée de chacun des éléments constitutifs, de la fonctionnalisation éventuelle de ces éléments puis de l'assemblage de ceux-ci au reste du réseau hydrophile, se révèlent particulièrement complexes et coûteuses à industrialiser.
La présente invention a pour objectif de pallier les inconvénients rencontrés dans la conception et la fabrication des membranes d'analyse de dispositifs micro fluidiques connues à ce jour. Plus particulièrement, elle vise à proposer des membranes d'analyse, de structure et de conception nouvelles, compatibles avec les contraintes d'une exploitation industrielle d'un dispositif de diagnostic à usage unique, notamment en termes de coût de production et de rentabilité.
A cet égard, la présente invention propose une membrane d'analyse de dispositif micro fluidique, façonnée d'un seul tenant à partir d'une feuille en matériau absorbant et diffuseur de liquide, de composition à base de fibre de verre. De manière classique, ladite membrane d'analyse comprend :
- au moins une zone dite zone de dépôt,
- au moins une zone dite zone de réaction, dans laquelle au moins un réactif se trouve adsorbé directement audit matériau diffuseur de liquide en fibre de verre, ou indirectement grâce à un agent de couplage,
- des canaux assurant une communication fluidique entre zone(s) de dépôt et zone(s) de réaction.
Selon l'invention, cette membrane d'analyse comprend au moins une zone de réaction circonscrite dans un espace de la membrane d'analyse, à l'intérieur duquel, les canaux qui arrivent en amont et/ou les canaux qui repartent en aval :
- se prolongent en un ou en plusieurs canaux de moindre largeur, et/ou
- se prolongent en un ou en plusieurs canaux de moindre épaisseur, et/ou
- se prolongent en un ou en plusieurs canaux comprenant au moins une portion au tracé tortueux. Avantageusement et selon l'invention, au moins une des deux faces de la membrane d'analyse est revêtue d'une couche de renfort mécanique en un matériau hydrophobe et imperméable, par exemple un film plastique de type poly(téréphtalate d'éthylène), ou PET.
Avant d'aller plus loin dans la description de l'invention, les définitions ci- après sont données afin de faciliter la compréhension et l'exposé de l'invention.
L'expression « membrane d'analyse » fait référence à l'élément principal d'un dispositif micro fluidique à visée diagnostique qui, par ses différentes parties constitutives, assure la réception de l'échantillon liquide à analyser et l'acheminement d'au moins une partie des constituants de cet échantillon vers des zones d'analyse/détection, et fait office de structure-support à la mise en œuvre de ces analyses/détections. Dans le cadre de la présente invention, ladite membrane d'analyse est définie comme étant réalisée d'un seul tenant, c'est- à-dire qu'elle est formée d'une pièce unique, continue et sans interruption, réalisée dans un matériau unique. Cela étant, il peut être envisagé d'adjoindre à une membrane d'analyse d'un seul tenant selon l'invention des éléments rapportés, de fonctionnalité(s) secondaire(s).
L'expression « matériau absorbant et diffuseur de liquide » fait référence à un textile poreux dont la structure consiste en un assemblage ordonné ou aléatoire de fibres (c'est-à-dire un tissé ou un non-tissé). Ce textile a la capacité non seulement d'absorber les liquides aqueux mais aussi de les diffuser à travers sa structure. Dans le cadre de la présente invention, le matériau absorbant et diffuseur de liquide utilisé dans la confection des membranes d'analyse est de composition à base de fibres de verre. A des fins de simplification du langage, pour désigner ce type de matériau, l'expression de « matériau en fibre de verre » peut être avantageusement utilisée dans la présente description. De tels matériaux en fibre de verre sont habituellement rencontrés dans les laboratoires d'analyses (aussi bien médicales qu'industrielles) où ils sont communément désignés comme « médias filtrants en fibre de verre » ou « filtres en fibre de verre », et sont classiquement appliqués au traitement de compositions liquides, à des fins de séparation et de purification. Leur fabrication consiste à former des feuilles/membranes avec des micro fibres de verre agencées de manière plus ou moins aléatoire ou ordonnée, puis de les solidariser par voie chimique et/ou thermique et/ou mécanique. A titre d'exemples de tels matériaux, on peut citer notamment : - les filtres WHATMAN™ (GE Healthcare Life Sciences, États-Unis), notamment les papiers MF1, LF1, VF1, VF2 et Fusion 5, destinés à la fïltration du sang total et à la séparation cellules/plasma, et le filtre GF/C, destiné à la séparation de substances solides en suspension dans un fluide ;
- les filtres de la société SARTORIUS A.G. (Allemagne), notamment ceux destinés au traitement et à l'analyse de fluide.
Le terme de « réactif » est utilisé dans la présente description au sens large pour désigner toute substance utilisée en vue de mettre en œuvre l'(les) analyse(s)/détection(s) envisagée(s), que cette substance interagisse directement ou non avec la(les) cible(s) recherchée(s) ou n'intervienne qu'à titre auxiliaire. Ainsi, en l'absence de précision, les réactifs appliqués à la présente invention peuvent être, par exemple :
- dans le cas d'un test d'immunodétection : des anticorps (de capture et/ou de détection) et/ou des antigènes, des haptènes, des aptamères, éventuellement couplés à des marqueurs, des agents de couplage, des bras espaceurs, des adaptateurs...
- dans le cas d'un test de détection moléculaire : des sondes nucléiques et/ou des amorces nucléiques, marquées ou non, des enzymes (tels que des enzymes à activité polymérase, recombinase ou hélicase), des acides nucléiques marqués ou non, éventuellement des bras espaceurs, des adaptateurs...
- dans le cas d'un test direct de détection ionique, chimique ou biochimique : des réactifs chimiques, des enzymes et des substrats enzymatiques,
- dans le cas d'un test de détection microbiologique : des protéines, des anticorps, des bactériophages, des antibiotiques, des substrats enzymatiques...
L'expression « espace où la vitesse de diffusion des liquides est ralentie » fait référence à une portion/partie/région particulière de la membrane d'analyse au niveau de laquelle le matériau en fibre de verre constitutif de ladite membrane a été localement modifié dans sa composition et/ou dans sa structure et/ou dans sa configuration pour ralentir la vitesse de diffusion des liquides et/ou pour rallonger leur trajet entre deux points, en l'occurrence entre deux zones de réaction. Le temps nécessaire à un liquide pour parcourir la distance entre deux points situés dans un tel espace est notablement supérieur à celui qu'il lui faudrait pour parcourir cette même distance dans une autre portion de la membrane d'analyse. A des fins de simplification du langage, pour désigner un tel espace ménagé dans les membranes d'analyse selon l'invention, l'expression « espace à diffusion ralentie » peut être avantageusement utilisée dans la présente description. Par « tracé tortueux », on entend un tracé non-rectiligne reliant deux points et composé d'une suite de courbes et/ou de segments orientés dans différentes directions. A titre d'exemples de tracés tortueux, on peut citer notamment des ondes de forme élémentaire telle qu'une forme sinusoïdale, carrée, triangulaire ou en dents de scie (cf. Figure 17). Des tracés géométriquement moins réguliers, sans motif élémentaire répété, sont également opérants. Le tracé tortueux des canaux au niveau des espaces de diffusion permet d'accroître artificiellement la distance entre deux points de la membrane d'analyse, ou plutôt d'accroître la distance temporelle séparant deux points de la membrane d'analyse.
A l'instar de Fang et al., 2014, la présente invention a opté pour des membranes d'analyse d'un seul tenant et dont la structure est entièrement réalisée en un matériau en fibre de verre.
En créant, dans une membrane d'analyse entièrement réalisée dans un matériau en fibre de verre, des espaces à diffusion ralentie pour les liquides et en implantant des zones de réaction précisément dans ces espaces, les inventeurs sont parvenus à pallier nombre de problèmes et difficultés rencontrés avec les membranes proposées par Fang et al., 2014.
En premier lieu, le problème de diffusion d'un réactif hors de la zone de réaction qui lui est associée, et celui de la contamination par ce réactif d'autres zones de réaction au voisinage, ont été résolus. Avec des espaces à diffusion ralentie, l'invention a permis le confinement de chaque réactif dans la zone de réaction qui lui est associée, et réduit le risque de contamination des zones de réaction au voisinage. Pour fonctionnaliser les zones de réaction, chaque réactif en solution dans un tampon d'adsorption ad' hoc est déposé dans sa zone de réaction où il se trouve retenu suffisamment longtemps pour pouvoir s'y adsorber. Un séchage forcé (non passif, par exemple par un traitement thermique et/ou par ventilation) permet de limiter encore davantage la dispersion des réactifs hors des zones de réaction.
Certains modes de réalisation des espaces à diffusion ralentie selon l'invention donnent lieu à une réduction effective de la vitesse de diffusion des liquides. La vitesse de diffusion de l'eau à température ambiante (de l'ordre de à 20-28°C) peut en effet être divisée par un facteur au moins égal à 2, par rapport à sa vitesse de diffusion sur le même support de composition à base de fibre de verre, avant modification. De tels modes de réalisation offrent un meilleur contrôle de la concentration/quantité de réactifs finalement adsorbés dans les zones de réaction, et permettent d'augmenter le temps de contact entre les analytes de l'échantillon à tester et les réactifs présents dans chaque zone de réaction localisée dans ces espaces à diffusion ralentie. L'amélioration de la qualité des réactions ainsi obtenue est d'autant plus appréciable pour les analyses qui requièrent un traitement séquentiel de l'échantillon liquide ; les zones de réaction dédiées à une telle analyse sont disposées en série, chacune des zones de réaction étant spécifiquement fonctionnalisée pour pouvoir réaliser une étape particulière du procédé d'analyse.
Enfin, de par sa conception, une membrane d'analyse selon l'invention impose aux liquides à analyser de grandes variations de vitesse dans leur diffusion. Ces grandes variations de vitesse de diffusion forment, juste en amont des espaces à diffusion ralentie, un goulot d'étranglement au niveau duquel le liquide à analyser s'accumule. Cette accumulation temporaire permet de réduire la surface de liquide exposée aux échanges gazeux et, par conséquent, de ralentir signifïcativement l'assèchement du liquide à tester.
Dans un premier mode de réalisation des espaces à diffusion ralentie d'une membrane d'analyse selon l'invention, le matériau en fibre de verre, dans cette partie particulière de la membrane d'analyse, présente des incrustations de cire solide.
Compte tenu de la grande fragilité structurelle qui caractérise les matériaux en fibre de verre et de leur épaisseur relativement importante (généralement comprise entre 200 et 1000 μιη), les inventeurs ont appliqué une technique particulière d'imprégnation à la cire pour créer de telles incrustations de cire solide dans l'épaisseur d'une feuille en fibre de verre.
Cette technique particulière est décrite en détail dans la demande de brevet européen n° EP16163217.9, déposée par la Demanderesse en date du 31/03/2016. Selon un mode opératoire préféré, on procède schématiquement de la façon suivante :
- sur un film de transfert, sont imprimés en encre solide de composition comprenant de la cire :
- un premier motif intermédiaire destiné à revêtir la face inférieure d'une feuille en fibre de verre qui constituera la structure de base de la membrane d'analyse ; ce premier motif intermédiaire est à l'image de l'espace à diffusion ralentie à réaliser ;
- un second motif intermédiaire destiné à revêtir la face supérieure de la feuille en fibre de verre ; celui-ci est une image inversée du premier motif intermédiaire ;
- les premier et second motifs intermédiaires peuvent être imprimés sur un seul et même film de transfert ou sur deux films de transfert indépendants ;
- ces motifs intermédiaires (avec leur film de transfert) sont apposés directement au contact des deux faces de la feuille en fibre de verre de sorte que, de part et d'autre de l'épaisseur de cette feuille en fibre de verre, ils se retrouvent mutuellement symétriques, au moins sensiblement en regard l'un de l'autre ;
- maintenue au moins sensiblement à l'horizontale, ladite feuille en fibre de verre et le(s)dit(s) film(s) de transfert sont soumis à un traitement thermique apte à provoquer une fusion au moins partielle de la cire constitutive des motifs intermédiaires, et à un traitement mécanique apte à comprimer momentanément l'épaisseur de tout ou partie de ladite feuille en fibre de verre ;
- ladite feuille en fibre de verre est soumise à une phase de détente mécanique et thermique, apte à permettre à ladite feuille de reprendre au moins en partie son épaisseur initiale et à la cire de se resolidifîer à l'intérieur de l'épaisseur de ladite feuille en fibre de verre.
Pour que les incrustations de cire ainsi réalisées puissent ralentir le flux des liquides à analyser sans en bloquer le passage, l'impression des motifs intermédiaires est réalisée avec une encre solide faiblement concentrée en cire et/ou dans une couleur pâle (faiblement intense). L'intensité de la couleur imprimée est proportionnelle à la quantité de cire déposée sur le film de transfert ; cette intensité de couleur est choisie pour que, une fois dans l'épaisseur de la feuille en fibre de verre, la quantité de cire ainsi transférée soit insuffisante pour bloquer complètement le passage des liquides par capillarité mais juste suffisante pour abaisser de façon significative la vitesse de ce passage.
A titre indicatif, cette impression de cire est mise en œuvre à l'aide d'une imprimante de type XEROX® ColorQube™, alimentée avec des encres solides de références XEROX® 108R00931 (couleur cyan), 108R00932 (couleur magenta), 108R00933 (couleur jaune) et 108R00934/108R00935 (couleur noire).
Dans un deuxième mode de réalisation des espaces à diffusion ralentie d'une membrane d'analyse selon l'invention, précisément dans les régions particulières de la membrane d'analyse correspondant aux espaces à diffusion ralentie, des canaux ou des microcanaux de faible largeur et/ou de faible épaisseur, sont façonnés dans le matériau en fibre de verre ; ces micro-canaux canalisent le flux des liquides qui traversent ledit espace. La section moyenne de ces micro-canaux est avantageusement comprise entre 10000 μιη2 et 500000 μιη2, préférentiellement entre 1 000 μιη2 et 150000 μιη2, et plus préférentiellement encore entre 30 000 μιη2 et 55 000 μιη2.
Lorsqu'un média filtrant Whatman™ MF1 est utilisé pour confectionner une membrane d'analyse selon l'invention, les canaux des espaces à diffusion ralentie ont avantageusement une largeur comprise entre 150 μιη et 1,5 cm, préférentiellement comprise entre 200 et 1000 μπι.
Selon ce premier et ce deuxième modes de réalisation, une réduction de la vitesse de diffusion des liquides est obtenue grâce à une hydrophilie et/ou une densité de flux réduites. Ce faisant, dans un espace à diffusion ralentie selon l'invention, la vitesse de diffusion de l'eau (soumise à température ambiante, c'est-à-dire à une température de l'ordre de 20-28°C) est divisée par un facteur au moins égal à 2, par rapport à sa vitesse de diffusion sur le même support de composition à base de fibre de verre, avant modification.
Dans un troisième mode de réalisation d'un espace à diffusion ralentie selon l'invention, les canaux progressant à l'intérieur de ces espaces comprennent au moins une portion ayant un tracé tortueux. Le tracé tortueux de ces canaux permet de rallonger la distance fluidique qui sépare deux points de la membrane d'analyse.
Avantageusement et selon l'invention, ledit tracé tortueux peut être graphiquement représenté tel une onde de forme élémentaire choisie parmi : une onde sinusoïdale, carrée, triangulaire, en dents de scie ou une combinaison de celles-ci.
Quel que soit le mode de réalisation des espaces à diffusion ralentie, que ce soit par incrustation de cire solide, par l'établissement de (micro-)canaux de faible largeur et/ou de faible épaisseur, et/ou l'établissement de (micro-)canaux comprenant des portions au tracé tortueux, une membrane d'analyse selon l'invention comprend avantageusement, localisées dans un espace à diffusion ralentie, au moins deux zones de réaction. Ces zones de réaction sont disposées en communication fluidique directe, les unes derrières les autres.
Selon une variante de réalisation de l'invention, les zones de réaction d'un même espace à diffusion ralentie sont disposées en communication fluidique indirecte, les unes derrière les autres et entre lesquelles se trouve intercalée au moins une zone tampon. Ladite au moins une zone tampon n'est pas fonctionnalisée. Le matériau en fibre de verre, à ce niveau, n'a subi aucun traitement, aucune modification ni dans sa structure ni dans sa composition. A l'instar des zones de réaction, les zones tampon d'un espace à diffusion ralentie d'une membrane d'analyse selon l'invention ont une surface généralement comprise entre 0,5 mm2 et 25 mm2, préférentiellement de l'ordre de 1-10 mm2. Lorsqu'à partir de la forme générale desdites zones tampon, une largeur et une longueur ou une base et une hauteur peuvent être définies, alors les largueurs et longueurs correspondantes ou les bases et les hauteurs correspondantes, sont d'un même ordre de grandeur, généralement dans un rapport de 1 à 5.
Avantageusement, dans les espaces à diffusion ralentie d'une membrane d'analyse selon l'invention, la distance entre deux zones adjacentes, zones de réaction et/ou zones tampon, est inférieure à 15 mm, préférentiellement inférieure à 5 mm, et plus préférentiellement encore est de l'ordre de 1-2 mm.
Ce faisant, les différentes zones de réaction peuvent être fonctionnalisées de façon concomitante avec un risque minimal de contamination d'une zone de réaction à une autre, et une bonne maîtrise de la quantité de réactifs chargés dans chaque zone de réaction.
Avantageusement, un espace à diffusion ralentie d'une membrane d'analyse selon l'invention comprend au moins deux zones de réaction placées en communication fluidique directe, l'une derrière l'autre et à une distance inférieure à 5 mm, préférentiellement à une distance de l'ordre de 1-2 mm.
Une membrane d'analyse selon l'invention peut être de forme pleine. A cet effet, sur la base d'une feuille en fibre de verre (éventuellement préalablement découpée à la forme et aux dimensions finales de la membrane d'analyse), le contour des différentes zones de dépôt, de réaction et des canaux assurant la communication fluidique, est avantageusement tracé à la cire solide. La cire solide implantée à travers l'épaisseur de la feuille en fibre de verre forme des barrières étanches aux liquides. Egalement à cet effet, les espaces à diffusion ralentie intègrent avantageusement des incrustations de cire solide. La demande de brevet européen n° EP16163217.9 (bioMérieux) enseigne une méthode de réalisation d'une telle membrane d'analyse de forme pleine.
Une membrane d'analyse selon l'invention peut aussi être de forme élaguée. A cet effet, ladite membrane d'analyse est découpée dans une feuille de matériau en fibre de verre préalablement revêtue d'une couche de renfort mécanique sur une de ses faces, en suivant le contour extérieur du réseau hydrophile que forment les différentes zones de dépôt, de réaction, les canaux de conduction fluidique et les espaces à diffusion ralentie.
Enfin, une membrane d'analyse selon l'invention peut aussi être de forme mixte. A cet effet, elle est façonnée dans une feuille de matériau en fibre de verre dont une des faces, dite face inférieure, est préalablement revêtue d'une couche de renfort mécanique et le contour du réseau hydrophile que forment les zones de dépôt et de réaction, les canaux de conduction fluidique et les micro-canaux des espaces à diffusion ralentie, est gravé dans la masse du matériau en fibre de verre jusqu'à atteindre la surface de la couche de renfort mécanique.
La présente invention concerne également une membrane d'analyse de dispositif microfluidique ainsi qu'un dispositif micro fluidique comprenant une telle membrane d'analyse, caractérisés, en combinaison, par tout ou partie des caractéristiques ci- dessus ou ci-après.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples suivants qui se réfèrent aux figures annexées et dans lesquelles :
- la Figure 1 est une représentation schématisée d'un procédé d'imprégnation à la cire permettant de façonner une membrane d'analyse conforme à un premier mode de réalisation ; dans ce premier mode de réalisation, la membrane d'analyse est dite de forme pleine et les espaces à diffusion ralentie sont créés par incrustation de cire ;
la Figure 2 expose en (A), une représentation schématique d'un film de transfert utilisé dans le procédé d'imprégnation à la cire illustré dans la figure précédente, et en (B), une photographie d'une membrane d'analyse de forme pleine obtenue à partir de ce film de transfert ;
les Figure 3, Figure 4 A et Figure 4B sont des photographies illustrant la mise en application d'une membrane d'analyse de forme pleine selon l'invention, à des fins d'immunodétection ;
la Figure 5 est une photographie d'une membrane d'analyse selon l'invention façonnée pour le dépistage du virus de la dengue, par une codétection des protéines NS 1 et DomlII ;
la Figure 6 présente des photographies de médias filtrants gravés au laser C02 et illustrant l'influence de la largeur des traits de gravure sur l'étanchéité des motifs ;
la Figure 7 expose une représentation graphique (A) et une photographie (B) illustrant l'influence de la largeur des micro-canaux sur la distance d'écoulement des liquides à travers un espace à diffusion ralentie ménagé dans un média filtrant en fibre de verre ;
- la Figure 8 est une représentation graphique montrant la corrélation entre la largeur des micro-canaux et la distance d'écoulement des liquides à travers un espace à diffusion ralentie, ménagé dans un média filtrant en fibre de verre ; la Figure 9 expose des photographies illustrant l'influence de la largeur des (micro-)canaux sur la vitesse d'écoulement des liquides à travers un média filtrant en fibre de verre ;
la Figure 10 est une représentation graphique montrant l'évolution de la vitesse d'écoulement des liquides en fonction de la largeur des (micro-)canaux façonnés dans un média filtrant en fibre de verre ;
la Figure 11 expose des photographies illustrant l'influence de l'épaisseur du média filtrant sur l'écoulement des liquides ;
la Figure 12 est une représentation graphique montrant l'évolution de la vitesse d'écoulement des liquides en fonction de l'épaisseur du média filtrant ;
la Figure 13 est une représentation photographique d'un exemple de membrane d'analyse selon l'invention, façonnée par ablation/gravure laser, avec agrandissement des espaces à diffusion ralentie ;
la Figure 14 est une représentation graphique illustrant un exemple de membrane d'analyse selon l'invention, façonnée par ablation de matière hydrophile et fonctionnalisée en vue d'une détection moléculaire de séquences nucléiques cibles ;
la Figure 15 montre trois photographies exposant les résultats d'une détection moléculaire d'une séquence nucléique cible, au moyen d'une membrane d'analyse selon l'invention ;
- la Figure 16 est une représentation photographique d'un autre exemple de membrane d'analyse selon l'invention, façonnée par ablation laser, avec agrandissement des espaces à diffusion ralentie ;
la Figure 17 est une représentation graphique d'ondes de formes élémentaires telles que les formes sinusoïdale, carrée, triangulaire et en dents de scie, que les tracés tortueux au sens de la présente invention peuvent éventuellement reprendre.
EXEMPLES
I. Fabrication d'une membrane d'analyse de forme pleine selon l'invention, par imprégnation à la cire solide a) Mise en œuvre du précédé d'imprégnation à la cire, objet de la demande de brevet européen n° EP16163217.9 La Figure 1 illustre de façon schématique la mise en œuvre d'un procédé de fabrication d'une membrane d'analyse 10, conforme à un premier mode de réalisation de l'invention selon lequel la membrane d'analyse est de forme pleine et les espaces à diffusion ralentie sont obtenus par incrustation de cire.
Dans une première étape, on crée, par informatique et au moyen d'un logiciel de dessin, une image 12'a correspondant au motif à intégrer dans l'épaisseur d'une feuille en fibre de verre 11. Cette première image 12'a est dupliquée en une image symétrique 12'b.
Au moyen d'une imprimante à encre solide, les deux images 12'a et 12'b sont imprimées sur un film de transfert 20, de façon à former deux motifs intermédiaires 12a et 12b disposés symétriquement par rapport à un axe S. Cet axe de symétrie S est également imprimé sur le film de transfert 20, en guise de repère visuel. La Figure 2(A) illustre de façon détaillée un tel film de transfert 20 sur lequel sont imprimés les deux motifs intermédiaires 12'a et 12'b.
Une fois cette impression réalisée, le film de transfert 20 est plié en deux en suivant l'axe de symétrie S, les motifs intermédiaires 12a et 12b tournés vers l'intérieur. Ces derniers se retrouvent ainsi superposés l'un sur l'autre. Une feuille en fibre de verre 11 est glissée à l'intérieur du film de transfert 20 replié, intercalé entre les deux motifs intermédiaires 12a et 12b.
La feuille en fibre de verre 11, prise en sandwich entre les deux volets du film de transfert 20, est alors mise sous presse entre deux plaques de compression chauffantes, horizontales et deux pièces en caoutchouc 15 formant tampon thermique et mécanique.
L'ensemble est soumis à une pression de l'ordre de 1 kg/cm2 et à une température de 120°C, pendant environ 3 minutes. Lors de ce processus, la cire préalablement imprimée sur le film de transfert 20 est transférée sur les deux faces de la feuille en fibre de verre 11, puis en imprègne l'épaisseur.
L'impression est réalisée avec une imprimante de type XEROX® ColorQube™, alimentée avec des encres solides de références XEROX® 108R00931 (couleur cyan), 108R00932 (couleur magenta), 108R00933 (couleur jaune) et 108R00934/108R00935 (couleur noire). Le film de transfert 20 est une feuille de papier bureautique ordinaire.
Comme illustré à la Figure 2(A), les motifs intermédiaires 12a et 12b imprimés sur le film de transfert 20, de forme générale rectiligne, présentent une partie supérieure évasée et une partie basse plus étroite à extrémité ouverte. Leurs contours extérieurs sont imprimés à l'encre noire avec une intensité de coloration élevée. Ce faisant, la quantité de cire correspondante s'est avérée suffisante pour permettre la réalisation et l'obtention de bordures imperméables dans l'épaisseur de la feuille en fibre de verre.
La partie supérieure des motifs intermédiaires 12a et 12b est évasée et est destinée à former une zone hydrophile, en l'occurrence une zone de dépôt 13a apte à recevoir un échantillon liquide à analyser. Une fois déposé dans la zone de dépôt 13a, l'échantillon liquide va pouvoir migrer par capillarité en direction des autres zones hydrophiles du dispositif, à savoir vers la partie basse où sont localisées les zones de réaction. La Figure 2(B) est une photographie d'une membrane d'analyse 10 préparée à partir du film de transfert 20 (après une fonctionnalisation particulière des zones de réaction et après utilisation).
Cette partie basse du motif correspond à un espace à diffusion ralentie selon l'invention. Cet espace, repéré sur la Figure 2(B) par un cadre au contour discontinu, est obtenu par transfert et imprégnation d'une couche d'encre solide 14 de couleur pâle (faiblement intense) appliquée sur les deux faces de feuille en fibre de verre 11. L'intensité de la couleur à appliquer est déterminée pour réduire l'hydrophilie du matériau en fibre de verre sans bloquer le passage des liquides.
A l'intérieur de cet espace à diffusion ralentie, sont localisées quatre zones de réaction 13b, 13c, 13d et 13e, épargnées par l'imprégnation à la cire. La position de chacune de ces zones d'intérêt est spécifiquement repérée par les éléments de marquage 14b, 14c, 14d et 14e, également tracée à l'encre solide colorée.
Une fois les cires transférées dans l'épaisseur de la feuille en fibre de verre 11, les différentes zones plus ou moins hydrophiles vont pouvoir être fonctionnalisées et/ou chargées en réactifs en fonction des analyses et tests souhaités. b) Exemples de fonctionnalisation de la membrane d'analyse 10
1. Fonctionnalisation pour le dépistage de l'hépatite B
Selon un premier mode de mise en application de la membrane d'analyse 10 précédemment décrite, celle-ci a été fonctionnalisée pour le dépistage de l'hépatite B, par immuno détection de l'antigène HBs contenu dans le sang.
Dans ce contexte, des fonctions particulières ont été affectées aux zones d'intérêt 13b, 13c, 13d et 13e.
La zone 13d est fonctionnalisée au moyen d'anticorps monoclonaux anti- HBs, spécifiques de la réaction ; la zone 13d forme le « spot test ». La zone 13e est fonctionnalisée au moyen d'anticorps monoclonaux anti-alcaline phosphatase, spécifiques du conjugué de détection ; la zone 13e forme le « spot contrôle positif ». La zone 13c est fonctionnalisée au moyen d'anticorps non-spécifiques de la réaction (par exemple, des anticorps anti-rat) ; la zone 13c forme le « spot contrôle négatif ».
La fonctionnalisation de ces différentes zones par les anticorps est réalisée par adsorption des anticorps.
Au-dessus de ces trois spots, la zone 13b est dédiée au stockage de la seconde partie du complexe conjugué (anticorps monoclonaux anti-HBs marqués par la biotine) ; la zone 13b forme le « spot Ac anti-HBs-biot ».
Eventuellement, la zone de dépôt 13a peut également servir au stockage du conjugué de la réaction immuno-enzymatique (streptavidine-alcaline phosphatase ou STRE- PAL) sous forme séchée. Ce conjugué sera resolubilisé par la phase liquide de l'échantillon à analyser.
2. Fonctionnalisation pour le dépistage du virus de la dengue
Selon un deuxième mode de mise en application de la membrane d'analyse 10 précédemment décrite, celle-ci a été fonctionnalisée pour la détection, dans le sang et le plasma, de deux protéines du virus de la dengue : la protéine NSI et le domaine III de la protéine d'enveloppe du virus (DomlII).
Pour la détection de la protéine NS 1 , les dépôts suivants ont été réalisés :
- zone 13e (zone contrôle anti-PAL) : 0,35 d'un anticorps anti-phosphatase alcaline 1 mg/mL en PBS,
- zone 13c (zone de test) : 0,35 d'un anticorps anti-NSI à 1 mg/mL en PBS,
- zone 13b : 1 μΐ^ d'une solution d'anticorps anti-NSI marqués à la phosphatase alcaline à la concentration de 50 μg/mL en PBS-BSA 0,5 %,
- zone 13d (zone de contrôle négatif) : 0,35 μΐ, de PBS-BSA 0,5 %.
Une fois les dépôts effectués, la membrane d'analyse est mise à sécher 3 minutes à 60°C. Elle est alors prête à être utilisée.
Pour tester cette membrane d'analyse, 20-25 μΐ, de plasma additionnés de 1 μg de protéine NSI sont déposés dans la zone réservoir 13a. Une fois que la totalité de l'échantillon a pénétré et migré à l'intérieur de la membrane d'analyse, ΙΟμΙ^ de BCIP/NTP (bromo-4-chloro-3-indol phosphate/4-nitroblue tetrazolium chloride) sont rajoutés dans la zone 13b. Très rapidement, la zone contrôle anti-PAL et la zone de test deviennent positives, la zone de contrôle négatif restant incolore (cf. Figure 3). La détection est réalisée en 5-6 minutes. En parallèle, l'expérience est réalisée avec 20-25 de plasma sans NSI . Dans ce cas, seule la zone contrôle devient positive.
De façon similaire, la membrane d'analyse 10 précédemment décrite, a été fonctionnalisée pour la détection de la protéine de l'enveloppe du virus de la dengue, en utilisant des anticorps de capture et de détection dirigés contre DomlII. La membrane d'analyse correspondante a été testée. Une détection positive de DomlII et une détection négative sont illustrées par les Figure 4A et Figure 4B, respectivement. Enfin, la codétection des protéines NSI et DomlII a également été mise en œuvre avec succès au moyen d'une membrane d'analyse (multiplexage) dont la structure et la conception sont très similaires à celles des membranes d'analyse 10 précédentes. La différence repose sur la présence d'une zone de réaction supplémentaire au niveau de l'espace à diffusion ralentie. Une photographie de cette nouvelle membrane d'analyse selon l'invention est présentée sur la Figure 5.
II. Fabrication d'une membrane d'analyse de forme mixte selon l'invention, par une technique d'ablation au laser CO? a) Détermination de l'épaisseur des bordures des motifs à graver dans un matériau en fibre de verre pour obtenir une bonne étanchéité
Des tests d'ablation au laser C02 (plateforme Speedy 100, de la compagnie TROTEC®, Autriche) ont été réalisés sur différents matériaux en fibre de verre du type média filtrant en vue de déterminer l'épaisseur des bordures à appliquer aux motifs des membranes d'analyse selon l'invention.
A cet effet, pour chacun des médias filtrants testés, la face inférieure a été préalablement recouverte d'une couche de renfort mécanique, imperméable aux liquides, en l'occurrence un film adhésif en poly(téréphtalate d'éthylène). Sur la face supérieure, une série de sept motifs circulaires a été gravée au laser avec une profondeur de gravure suffisante pour atteindre la couche de renfort mécanique. Les cercles gravés présentent un même diamètre intérieur de 10 mm, alors que leurs bords gravés sont d'épaisseurs variables, allant de 0,2 mm à 1,4 mm, par bonds de 0,2 mm. Une goutte de colorant est déposée au centre des motifs afin de vérifier leur étanchéité. Le Tableau 1, ci-après, présente les caractéristiques des médias filtrants testés ainsi que les paramètres de fonctionnement appliqués au laser C02 utilisé.
Tableau 1
Les résultats obtenus sont présentés à la Figure 6, sous la forme de photographies des médias filtrants gravés.
Quel que soit le média filtrant utilisé, il est possible de générer des motifs étanches grâce au procédé de gravure par laser. Il convient d'optimiser pour chaque média en fibre de verre, en fonction notamment de la densité de fibres et de l'épaisseur du matériau, la puissance et la vitesse de déplacement du laser, ainsi que la largeur des traits gravés. b) Détermination de l'influence de la largeur des micro-canaux sur la distance d'écoulement des liquides
Des tests d'ablation au laser C02 ont été réalisés sur un média filtrant en fibre de verre de type Whatman™ MF1 (367 μιη d'épaisseur) en vue de déterminer l'influence de la largeur des micro-canaux d'un espace à diffusion ralentie selon l'invention sur la distance d'écoulement des liquides.
En référence à la Figure 7, une série de motifs comprenant un réservoir R lié à une zone de diffusion ralentie Z, comprenant un micro-canal de largeur variable d'un motif à l'autre, ont été gravés par laser C02. Les largeurs testées sont 80, 100, 120, 140 et 160 μιη. Un volume constant de colorant (20 μΐ) est ensuite déposé dans la zone réservoir. La distance parcourue par le colorant dans le canal est mesurée dans chacun des cas. Les résultats sont présentés sous forme numérique dans le Tableau 2 ci-après et sous forme graphique à la Figure 8. Largeur du microDistance
canal (μιτι) parcourue (mm)
80 0,4
100 4,4
120 5,5
140 9,0
160 15,6
Tableau 2
La distance (d) parcourue par le colorant dans les micro-canaux est proportionnelle à la largeur (C) de ceux-ci. Il est ainsi possible de contrôler l'acheminement des liquides grâce à la méthode de gravure laser décrite ici. Par ailleurs, la mise en œuvre d'une telle analyse permet, pour un matériau en fibre de verre donné, d'évaluer la largeur des micro-canaux et la distance entre deux zones de réaction/tampon à appliquer à un espace à diffusion ralentie d'une membrane d'analyse selon l'invention. c) Détermination de l'influence de la largeur des (micro-)canaux sur la vitesse d'écoulement des liquides
La vitesse nominale de migration d'un liquide de viscosité proche de l'eau dans le support fibre de verre de type Whatman™ MF1 (367 μιη d'épaisseur) est de l'ordre de 2 mm/s.
Une étude a été réalisée sur un média filtrant en fibre de verre de type Whatman™ MF1 (367 μιη d'épaisseur) en vue de déterminer l'influence de la largeur des (micro-)canaux sur la vitesse d'écoulement des liquides.
A cet égard, des membranes en fibre de verre, dont la face inférieure est renforcée d'un film en PET, ont été façonnées au laser C02, par ablation de matière pour faire émerger des (micro-)canaux de différentes largeurs. La vitesse de diffusion d'un liquide de faible viscosité tel un colorant dilué dans l'eau (η=1 mPa.s, à température ambiante), à travers ces différents (micro -)canaux a été ensuite mesurée.
La Figure 9 montre trois des membranes ainsi préparées, notées A, B et C. Ces membranes présentent une zone centrale O dans laquelle le liquide coloré a été déposé, et la diffusion de ce liquide à travers des (micro -)canaux 6A, ou 6c, agencés de part et d'autre de la zone centrale O, a été suivie. La largeur des micro-canaux 6A de la membrane A est de 100 μηι, celle des micro-canaux de la membrane B, 400 μιη, et celle des canaux C de la membrane C, 3mm. La Figure 10, sous la forme d'une courbe, présente l'évolution de la vitesse de diffusion v du liquide coloré (η=1 mPa.s) en fonction de la largeur t des
(micro-)canaux. Les mesures ont été effectuées à température ambiante (de l'ordre de 20°C).
On estime ainsi qu'un canal d'une largeur de l'ordre de 1,5 mm permet de réduire de moitié la vitesse de circulation du liquide. Un canal de largeur inférieure à 1 ,5 mm permet de réduire signifîcativement la vitesse de diffusion des liquides à travers le support en fibre de verre de type Whatman™ MF1. d) Détermination de l'influence de l'épaisseur des (micro -)canaux sur l'écoulement des liquides
L'étude des membranes en fibre de verre a été poursuivie en analysant l'influence de l'épaisseur du matériau sur la vitesse d'écoulement des liquides.
A cet égard, des membranes en fibre de verre, dont la face inférieure est renforcée d'un film en PET, ont été façonnées au laser C02, par ablation de matière de façon à créer des zones de moindre épaisseur. L'application d'un laser permet d'éliminer un pourcentage donné de l'épaisseur du matériau, cette épaisseur variant avec la puissance et la vitesse du laser. Si le rapport puissance/vitesse est trop élevé, la gravure est trop profonde et tend vers l'élimination totale du matériau. Si le rapport puissance/vitesse est trop faible, l'impact de la gravure sur le confinement des liquides est négligeable. A l'aide d'une expérience, évaluant la vitesse d'un liquide au travers d'une zone gravée par un laser, en fonction de l'épaisseur résiduelle de la membrane (ε), il est possible de déterminer les conditions optimales de gravure conduisant à un confinement acceptable des liquides.
La Figure 11 montre deux des membranes ainsi préparées, notées D et E. Ces membranes présentent une zone centrale O dans laquelle le liquide coloré (η=1 mPa.s, à température ambiante) a été déposé, et la diffusion de ce liquide à travers deux zones gravées par laser sur 10 mm de longueur, de part et d'autre de la zone centrale O, a été suivie. Les zones gravées SD de la membrane D ont une épaisseur résiduelle de l'ordre de 120 μιη.
L'épaisseur résiduelle des zones gravées SE de la membrane E est de l'ordre de 170 μιη. Ces épaisseurs résiduelles de papier sur les zones gravées ont été mesurées à l'aide d'un comparateur, un instrument mécanique permettant de déterminer de très faibles épaisseurs. La Figure 12, sous la forme d'une courbe, présente l'évolution de la vitesse de diffusion v du liquide coloré (η=1 mPa.s) en fonction de l'épaisseur résiduelle ε des zones gravées. Les mesures ont été effectuées à température ambiante (de l'ordre de 20°C). L'épaisseur maximale de papier de type MF1 permettant une rétention efficace des liquides, c'est-à-dire une diminution de moitié de la vitesse des liquides en son sein, se situe aux alentours de 130 μιη.
III. Un exemple de membrane d'analyse façonnée par ablation/gravure laser
Tel que le montre la Figure 13, la membrane d'analyse 30 exemplifiée comporte deux réseaux hydrophiles d'analyse disposés tête-bêche, chaque réseau hydrophile comportant :
- une zone de dépôt de l'échantillon 3 la ou 3 lb,
- un espace à diffusion ralentie abritant trois zones de réaction traversantes 32a ou 32b, 33a ou 33b, et 34a ou 34b, alignées les unes derrière les autres ; la distance entre deux zones de réaction adjacentes est de l'ordre de 1 mm.
- une zone de dépôt secondaire ou de stockage annexe, 35a ou 35b, placée en communication fluidique directe avec la zone de réaction 33a ou 34b, à travers un micro-canal.
Dans l'espace à diffusion ralentie du réseau hydrophile du haut, chaque zone de réaction est en communication fluidique directe avec la zone de réaction adjacente, à travers un micro-canal unique de forme conique.
Dans l'espace à diffusion ralentie du réseau hydrophile du bas, chaque zone de réaction est en communication fluidique directe avec la zone de réaction adjacente, à travers trois micro-canaux parallèles et de forme générale rectiligne.
IV. Un exemple de détection moléculaire de séquences nucléiques cibles sur une membrane d'analyse selon l'invention façonnée par ablation/gravure laser
La Figure 14 montre un motif de gravure selon une configuration particulière d'une membrane d'analyse 40 selon l'invention, façonnée dans un matériau en fibre de verre de type Whatman™ MF1, en vue d'une détection de séquences nucléiques cibles.
La membrane d'analyse 40 correspondante comprend, en amont, une zone 37 mixte, en ce sens qu'elle sert, d'une part, à stocker au préalable les réactifs secs et, d'autre part, à recevoir les réactifs liquides (échantillon et substrat enzymatique) lors de l'analyse. En aval, se trouve un espace à diffusion ralentie au sein duquel se trouve localisée une série de zones de réaction 38a-38d, positionnées comme des barreaux d'échelle et reliées entre elles par des micro-canaux. Ces micro-canaux ont une forme biseautée, avec une largeur maximale de l'ordre de 300 μιη. La troisième zone 39, en sortie de l'espace à diffusion ralentie, sert de pompe capillaire pour l'écoulement des liquides.
Dans ce modèle particulier de membrane d'analyse, le canal qui assure la communication fluidique entre la zone 37 et les zones de réaction de l'espace à diffusion ralentie, se confond structurellement avec une partie de la zone 37 et en constitue un prolongement jusqu' audit espace à diffusion ralentie.
La zone 37 est fonctionnalisée par séchage des réactifs de détection suivants, dans un tampon qui permet leur redissolution aisée par l'échantillon : i) des oligonucléotides, spécifiques de la cible ADN simple brin à détecter, marqués par la biotine ii) des oligonucléotides, spécifiques d'une autre partie de la séquence de la cible ADN, marqués par la horseradish peroxidase et iii) de la streptavidine marquée par la phosphatase alcaline.
Les zones de réaction 38a-38e servent à la capture spécifique et à la révélation de la présence de la cible ADN. La première zone de réaction 38a est fonctionnalisée par adsorption d'anticorps monoclonaux orientés contre la horseradish peroxidase (test spécifique). Les trois zones de réaction suivantes 38b, 38c et 38d sont fonctionnalisées par adsorption de la BSA. Elles servent ici de contrôle négatif mais pourraient aussi permettre des détections multiplexées. La dernière zone de réaction 38e est fonctionnalisée par adsorption de la BSA-biotine (contrôle positif).
A l'issue de la réaction, on observe une coloration de la bande de test spécifique dont l'intensité est fonction de la concentration en cible ADN dans l'échantillon.
La Figure 15 illustre les résultats d'une détection utilisant une telle membrane d'analyse. De gauche à droite, les concentrations en séquences nucléiques cibles sont de 0 (contrôle négatif), 1 nM et 10 nM.
V. Un autre exemple de membrane d'analyse façonnée par ablation/gravure laser
Tel que le montre la Figure 16, la membrane d'analyse 50 a été façonnée dans un matériau en fibre de verre de type Whatman™ MF1, par une découpe par ablation au laser C02. La membrane d'analyse 50 comprend :
- une zone de dépôt de l'échantillon 57, - un espace à diffusion ralentie dans lequel trois zones de réaction traversantes 58a, 58b et 58c, sont alignées les unes derrière les autres,
- une zone 59, en sortie de l'espace à diffusion ralentie, qui sert de pompe capillaire pour l'écoulement des liquides.
L'espace à diffusion ralentie correspond ici à une portion de canal de conduction au niveau de laquelle le canal présente une largeur de l'ordre de 1,0-1,5 mm et un tracé tortueux. Ce tracé a la forme d'une onde élémentaire triangulaire. Le temps de passage des liquides à travers les différentes zones de réaction 58a, 58b et 58c est ainsi régulé, d'une part, par la faible largeur du canal et, d'autre part, par son tracé tortueux.
Pour rigidifîer la structure et faciliter la manipulation lors de la fabrication et les tests de validation, la membrane d'analyse 50 est recouverte d'un film adhésif transparent, appliqué sur sa face inférieure. L'ensemble est surmonté d'une plaque rigide en polymère (de l'ordre de 1 mm d'épaisseur). A des fins expérimentales, cette plaque est transparente et est réalisée en polyméthacrylate de méthyle, ou PMMA. La membrane d'analyse sous-jacente reste ainsi visible dans son entièreté, facilitant le suivi visuel de la diffusion du liquide à analyser à travers la membrane d'analyse.
Pour le dispositif de diagnostic final, il peut être prévu que la membrane d'analyse soit confinée dans un boîtier réalisé dans un matériau polymère opaque. La face supérieure de ce boîtier pourra éventuellement reprendre la configuration de la plaque transparente de PPMA, laquelle comporte des ouvertures découpées, positionnées en regard des zones d'intérêt de la membrane d'analyse, notamment la zone de dépôt de l'échantillon 57, et les zones de réaction 58a, 58b et 58c.
A titre d'exemple de fonctionnalisation particulière de la membrane d'analyse
50 :
- la zone de réaction 58b correspond à une zone test,
- la zone de réaction 58a, à une zone de contrôle négatif, et
- la zone de réaction 58c, à une zone de contrôle positif.
A cet égard et comme l'illustre la Figure 16, la partie (a) montre le visuel d'un test au résultat négatif et la partie (b), le visuel d'un test au résultat positif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Membrane d'analyse (30 ; 40 ; 50) de dispositif microfluidique, façonnée d'un seul tenant à partir d'une feuille en matériau absorbant et diffuseur de liquide, de composition à base de fibre de verre,
ladite membrane d'analyse (30 ; 40) comprenant :
- au moins une zone dite zone de dépôt (3 la, 3 lb ; 37 ; 47),
- au moins une zone dite zone de réaction (13b, 13c, 13d, 13e ; 32a, 33a, 34a, 32b, 33b, 34b ; 38a, 38b, 38c, 38d, 38e ; 58a, 58b, 58c), dans laquelle au moins un réactif se trouve adsorbé directement audit matériau diffuseur de liquide en fibre de verre, ou indirectement grâce à un agent de couplage,
- des canaux (36a, 36b) assurant une communication fluidique entre zone(s) de dépôt et zone(s) de réaction,
caractérisé en ce qu'au moins une zone de réaction est circonscrite dans un espace de la membrane d'analyse, dit espace à diffusion ralentie, à l'intérieur duquel, les canaux qui arrivent en amont et/ou les canaux qui repartent en aval :
- se prolongent en un ou en plusieurs canaux de moindre largeur, et/ou
- se prolongent en un ou en plusieurs canaux de moindre épaisseur, et/ou
- se prolongent en un ou en plusieurs canaux comprenant au moins une portion ayant un tracé tortueux.
2. Membrane d'analyse selon la revendication 1, caractérisée en ce que, au moins une de ses deux faces est revêtue d'une couche de renfort mécanique en matériau hydrophobe et imperméable.
3. Membrane d'analyse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits micro-canaux ont une section moyenne avantageusement comprise entre 10000 μιη et 500000 μιη2.
4. Membrane d'analyse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, dans l'espace à diffusion ralentie, le matériau en fibre de verre présente des incrustations solides réalisées à la cire.
5. Membrane d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans un espace à diffusion ralentie, au moins deux zones de réaction (32a, 33a, 34a, 32b, 33b, 34b ; 38a, 38b, 38c, 38d, 38e ; 58a, 58b, 58c) placées en communication fluidique directe, l'une derrière l'autre et à une distance inférieure à 15 mm.
6. Membrane d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans un espace à diffusion ralentie, au moins deux zones de réaction placées en communication fluidique indirecte, les unes derrière les autres et entre lesquelles se trouve intercalée au moins une zone tampon.
7. Membrane d'analyse selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la distance entre deux zones adjacentes, zones de réaction et/ou zones tampon, est inférieure à 5 mm.
8. Membrane d'analyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente une forme dite élaguée ; ladite membrane d'analyse étant découpée dans une feuille de matériau en fibre de verre en suivant le contour extérieur du réseau formé par les différentes zones de dépôt, de réaction, les canaux de conduction fluidique et les espaces à diffusion ralentie.
9. Membrane d'analyse (30 ; 40 ; 50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est façonnée dans une feuille de matériau en fibre de verre dont une des faces, dite face inférieure, est revêtue d'une couche de renfort mécanique, et en ce que le contour du réseau formé par les zones de dépôt et de réaction, par les canaux de conduction fluidique et par les micro-canaux des espaces où la vitesse de diffusion des liquides est ralentie, est gravée dans la masse du matériau en fibre de verre jusqu'à atteindre la surface de la couche de renfort mécanique.
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