EP3488929B1 - Dispositif d'injection d'un échantillon fluidique - Google Patents

Dispositif d'injection d'un échantillon fluidique Download PDF

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EP3488929B1
EP3488929B1 EP18203778.8A EP18203778A EP3488929B1 EP 3488929 B1 EP3488929 B1 EP 3488929B1 EP 18203778 A EP18203778 A EP 18203778A EP 3488929 B1 EP3488929 B1 EP 3488929B1
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EP
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pneumatic
fluidic
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injection device
network
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Charlotte PARENT
François BOIZOT
Yves Fouillet
Eloise PARISET
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L3/56—Labware specially adapted for transferring fluids
    • B01L3/563—Joints or fittings ; Separable fluid transfer means to transfer fluids between at least two containers, e.g. connectors

Definitions

  • the present invention relates to a device for injecting a fluid sample.
  • the invention also relates to a microfluidic system comprising a microfluidic device and an injection device used to inject a fluidic sample into said microfluidic device.
  • the invention relates to a method for injecting a fluidic sample, implemented using said injection device adapted to the microfluidic device.
  • a fluid sample into a microfluidic device there are many devices for injecting a fluid sample into a microfluidic device.
  • a plunger device such as a syringe, for example equipped with a Luer type connector to connect to a fluid inlet of the microfluidic device.
  • It can also be a device already integrated into the card such as that described in the patent application.
  • EP2679307A1 This solution consists in placing the fluid sample in a pocket glued to a microfluidic card and closed by a film interposed between said pocket and a fluid inlet of the card. After removing the film, mechanical pressure on the top of the pocket allows the liquid sample to be injected into the card.
  • the patent application WO 2015/181170 A1 describes a fluidic card comprising a reservoir for storing at least one fluid and an associated hyper-elastic membrane, as well as a method for storing and delivering at least one fluid by means of such a fluidic card.
  • the patent application US 2014/261868 A1 describes a container assembly for use with a high pressure liquid chromatography (HPLC) apparatus, the container assembly, when coupled to a source of pressurized gas, providing the HPLC apparatus with a positive pressure fluid medium.
  • HPLC high pressure liquid chromatography
  • the object of the invention is therefore to propose an injection device which overcomes the drawbacks of the previous solutions. This can in particular be independent of the micro-fluidic device and allows precise adjustment of the injected volume, even in the event of low volume.
  • said device comprises at least a first face on which opens said pneumatic inlet and a second face on which opens said fluid outlet and said first face and said second face are parallel.
  • the membrane is made of a deformable material such as an elastomer of the family of silicones.
  • the device comprises at least one film arranged on said housing to close off said fluid outlet and said pneumatic inlet.
  • said pneumatic network comprises a channel connected to said pneumatic inlet and opening into said tank.
  • said fluid network comprises a channel connecting said reservoir to said fluid outlet.
  • the invention also relates to a microfluidic system comprising a microfluidic device which comprises a fluidic network comprising a fluidic inlet for receiving a fluidic sample and a pneumatic network comprising at least one auxiliary pneumatic inlet intended to be connected to a source of pneumatic supply and an auxiliary pneumatic outlet communicating with said auxiliary pneumatic inlet, characterized in that it comprises a fluid injection device as defined above, said pneumatic inlet of the injection device being configured to connect to said auxiliary pneumatic outlet of the microfluidic device and said fluid outlet of the injection device being configured to connect to the fluid inlet of the microfluidic device.
  • the pneumatic network of the microfluidic device comprises a pneumatic control input intended to be connected to a pneumatic power source.
  • the fluidic network of the card comprises several fluidic valves actuable by said pneumatic network, via said pneumatic control input by which a pneumatic force is generated.
  • each fluid valve comprises a microfluidic capsule actuable between a first closed state blocking the flow of a fluid and a second open state authorizing the flow of said fluid.
  • the microfluidic device comprises at least one deformable membrane arranged in each capsule and actuable between two states by said pneumatic force.
  • the invention relates to a device 2 for injecting a fluid sample into a microfluidic device 1.
  • the two devices are initially independent.
  • the injection device can be adapted on the microfluidic device for injecting the fluid sample.
  • the two devices form a complete microfluidic system which can be used during an analysis of a fluid sample.
  • the injection device can be of the single-use type, that is to say disposable.
  • fluid sample it should be understood that it can be a liquid or even a gas. Preferably, it will be a liquid type sample.
  • microfluidic device compatible with the injection device of the invention can be of all types, that is to say that it can take any possible structure, whether for its external shape or for its fluid architecture. internal.
  • the microfluidic device can be produced in the form of a card, known as a microfluidic card.
  • This card can have a rectangular format.
  • fluidic network By fluidic network is meant fluidic elements such as one or more fluidic inlets, one or more fluidic outlets, one or more reservoirs, connecting channels, chambers, fluidic valves or any other element of this type.
  • pneumatic network pneumatic elements such as one or more pneumatic inlets, one or more pneumatic outlets, connecting channels, chambers or other elements of this type.
  • the microfluidic device 1 has a fluid inlet IN1 through which the fluid sample is injected into the fluid network of the microfluidic device 1.
  • This fluid inlet IN1 can be formed in a fluid connector.
  • This connector can be of the male type and is arranged to cooperate with a corresponding suitable connector.
  • the figure 1 shows an example of a micro-fluidic device 1 of card type, as it could be used within the framework of the invention.
  • this device is to be considered in a nonlimiting manner for the description of the invention.
  • microfluidic device is notably described in the application EP3085444A1 .
  • this microfluidic device 1 can comprise two substrates 10, 11 and a deformable membrane 12 disposed between the two substrates.
  • Each substrate 10, 11 has two surfaces, a so-called upper surface and a so-called lower surface.
  • the lower surface of the first substrate 10 faces the upper surface of the second substrate 11 and both form the microfluidic surfaces of the device, since it supports its fluid network.
  • the two substrates can have a rectangular, circular or any other shape.
  • Each of the first 10 and second 11 substrates has a thickness, for example between approximately 200 ⁇ m and 10 mm and an area of the order of several square centimeters, typically an area equivalent to that of a microscope slide, a well plate (called “96 well plate” ) or a credit card.
  • the deformable membrane has a thickness of the order of a hundred microns (10 ⁇ m to 1 mm), for example of 300 ⁇ m.
  • the material of the first substrate 10 and / or of the second substrate 11 is selected from the following materials: polycarbonate polymer, PMMA, COC, silicon, and paper.
  • the membrane 12 is formed from a very elastically deformable material, allowing it to return to its initial shape after deformation.
  • the material is chosen with a percentage of elastic deformation at least equal to 200% (an elongation of twice its initial size before deformation) and up to 1000%.
  • the material and its deformability characteristic can be adapted to the intended application.
  • the membrane 12 can be made from an elastomeric material of the family of silicones such as MQ (Methyl-Polysiloxanes), VMQ (Vinyl-Methyl-Polysiloxanes, PVMQ (Phenyl-Vynil-Methyl-Polysiloxanes) or elastomer of thermoplastic type (TPE), for example TPE-S, TPS, TPE-E, TPC.
  • MQ Metal-Polysiloxanes
  • VMQ Vinyl-Methyl-Polysiloxanes
  • PVMQ Phenyl-Vynil-Methyl-Polysiloxanes
  • TPE thermoplastic type
  • the fluid network of the device 1 shown in the Figures 1 and 2 may include a series of microfluidic capsules 13.
  • Each microfluidic capsule 13 of a microfluidic device comprises a chamber 130 formed by a cavity into which an inlet channel opens and from which an outlet channel emerges.
  • the membrane 12 is deformable inside the chamber of each capsule allowing, depending on its position, to confer at least two distinct states on the microfluidic capsule.
  • Each capsule can be controlled individually by action of the part of the membrane associated with the capsule. Depending on the position of the membrane, the volume of the chamber 130 varies, between an almost zero volume and a maximum volume.
  • the capsule when its membrane 12 is at rest, the capsule may be in the first state or in the second state.
  • the capsule when its membrane 12 is at rest, the capsule may be in the first state or in the second state.
  • we can thus speak of a "normally closed” or "normally open” configuration.
  • the membrane 12 is adapted to open or block the passage of the fluid as well as to pump the fluid from a reservoir or a chamber to at least one other chamber.
  • the capsules can thus have different shapes and configurations:
  • the capsules have a semi-spherical cap shape.
  • the capsule 13 is in a closed state.
  • the membrane 12 is put in a deployed shape and is pressed to perfectly match the shape of the cavity.
  • the volume between the membrane 12 and the cavity is almost zero, thus blocking the flow of the fluid through the chamber 130.
  • the figure 3B illustrates a view of the same microfluidic chamber 130 in an open state.
  • the corresponding part of the deformable membrane 12 is in the rest state and allows the fluid to flow through the chamber.
  • Each cavity is represented in the form of a semi-spherical cap.
  • the capsule On the figure 4A , the capsule is in a closed state, the membrane 12 is however not deployed.
  • the membrane 12 is deployed and allows the flow of fluid through the chamber, from the inlet channel to the outlet channel.
  • FIGS. 5A and 5B represent an operating architecture equivalent to that of Figures 4A and 4B , the difference residing in the fact that the microfluidic capsule is of cylindrical shape and not in the shape of a hemispherical cap.
  • the microfluidic device 1 is associated with an actuation system adapted to act on the membrane 12 at the level of each capsule in order to switch the selected capsule between its two states.
  • the actuation system includes a pneumatic supply source 3.
  • the device comprises microfluidic communication channels 14 forming the inlet and outlet channels described above. According to the embodiment chosen, they are formed on one or the other of the two microfluidic surfaces of each substrate 10, 11.
  • each communication channel 14 has a length of between approximately 0.5 mm and 5 mm and a section of between approximately 50 ⁇ m and 500 ⁇ m on the side.
  • the volume of a microfluidic channel 14 is at least ten times smaller than the volume of a microfluidic chamber 2.
  • the fluid input IN1 is produced through the upper substrate 10 of the card and may have its connector on the upper surface of the card.
  • the micro-fluidic device 1 comprises a pneumatic network.
  • This pneumatic network may include one or more pneumatic control inputs 15 each opening at a microfluidic chamber 2 of a capsule. These control inputs 15 are used to actuate the deformable membrane 12 by applying a pneumatic force generated by a pneumatic power source.
  • the displacement of the membrane 12 between its two positions can be achieved by applying a positive pressure or a negative pressure on its pneumatic control input.
  • the actuation system may include a control unit configured to control each control input 15 in a suitable manner, for example according to a given sequence.
  • the command can be global, all the inputs 15 being connected to the same pneumatic source 3, or selective, each input can be activated individually. Pneumatic valves are then controlled by the control unit to select each control input 15.
  • the fluidic network and the pneumatic network of the device 1 can be machined according to methods known by the plastics industries such as mechanical machining with a numerically controlled machine, by 3D printing, or preferably by injection.
  • the first substrate 10, the membrane 12 and the second substrate 11 are assembled so as to ensure sealed contact between the membrane 12 and the two microfluidic surfaces of the first and second substrates, while providing a flow space at the level of the capsules 13 and microfluidic channels 14.
  • the assembly can be carried out by gluing, by plasma, or by mechanical plating.
  • the pneumatic network of the microfluidic device also includes an auxiliary pneumatic inlet IN_aux and an auxiliary pneumatic outlet OUT_aux connected together by a connecting channel.
  • the auxiliary pneumatic input IN_aux is arranged in a pneumatic connector intended to be connected to a pneumatic supply source, this supply source can be identical to the pneumatic source 3 used for the actuation of each fluidic valve described above .
  • the auxiliary pneumatic output OUT_aux is also arranged in a pneumatic connector suitable for establishing a connection with an external device.
  • the auxiliary pneumatic output OUT_aux is thus available directly on the microfluidic device 1 for an external device.
  • the connector in which the auxiliary pneumatic output OUT_aux is formed may be of the male type.
  • auxiliary pneumatic input IN_aux, the auxiliary pneumatic output OUT_aux and their connecting channel are advantageously produced by a channel traversing the card over its entire thickness, opening onto the lower surface to form the auxiliary pneumatic input and onto the upper surface to form the auxiliary pneumatic outlet.
  • the connector of the auxiliary output can be male. Any other arrangement could be envisaged.
  • the invention relates in particular to an injection device 2 arranged to connect in particular to the auxiliary pneumatic outlet OUT_aux of the microfluidic device 1 in order to be able to benefit from a pneumatic force for injecting a fluidic sample into the microfluidic device 1.
  • the injection device 2 thus comprises a pneumatic network and a fluidic network. Two embodiments are proposed, a first mode on the Figures 6A to 6C and a second mode on Figures 7A to 7C .
  • the injection device 2 comprises a housing 20 in which its fluid network and its pneumatic network are produced.
  • the housing can be of rectangular shape.
  • Its fluid network includes a reservoir 21 produced in an internal space of the housing and intended to receive a fluid sample 22 to be injected. It also includes a fluid outlet OUT2 through which the fluid sample is injected. A fluid outlet channel can connect the fluid outlet OUT2 to the reservoir 21.
  • the fluid output OUT2 can be arranged in a fluid connector arranged to cooperate with a corresponding connector in order to ensure a reliable and tight fluid connection.
  • the connector in which the OUT2 fluid outlet is formed can be of the female type.
  • Its pneumatic network includes an IN2 pneumatic input.
  • the pneumatic input IN2 is arranged in a pneumatic connector, suitable for connecting to the auxiliary pneumatic output OUT_aux available on the microfluidic device 1.
  • the connector in which the pneumatic input IN2 is formed may be of the female type.
  • the distance between the pneumatic inlet IN2 and the fluid outlet OUT2 of the injection device 2 and their respective positions are of course configured to be identical to those existing between the auxiliary pneumatic outlet OUT_aux and the fluid inlet IN1 of the microfluidic device 1.
  • Its pneumatic network may include a pneumatic inlet channel 23 connected to its pneumatic inlet IN2 and intended to connect said pneumatic inlet to its fluid network so as to convey the pneumatic force to the fluid network.
  • This pneumatic inlet channel 23 opens into the reservoir 21, advantageously opposite the fluid outlet channel joining the fluid outlet OUT2.
  • the injection device 2 can also include a deformable membrane 24, forming a sealed interface between its pneumatic network and its fluidic network.
  • This membrane 24 is for example arranged in the reservoir 21 and extends transversely relative to the direction of the pneumatic force generated at the interface between the pneumatic network and the fluid network of the injection device.
  • This membrane 24 is configured to deform during the exercise of a pneumatic force of sufficient intensity. By deforming under the action of said force, the membrane 24 pushes the liquid out of the reservoir 21 in the direction of the fluid outlet OUT2 of the injection device 2.
  • this membrane 24 can be made of an elastomeric material of the family of silicones such as MQ (Methyl-Polysiloxanes), VMQ (Vinyl-Methyl -Polysiloxanes, PVMQ (Phenyl-Vynil-Methyl-Polysiloxanes) or elastomer of the thermoplastic type (TPE), for example TPE-S, TPS, TPE-E, TPC.
  • MQ Metal-Polysiloxanes
  • VMQ Vinyl-Methyl -Polysiloxanes
  • PVMQ Phenyl-Vynil-Methyl-Polysiloxanes
  • TPE thermoplastic type
  • the injection device 2 also includes one or more perforable or tear-off covers. It may be an adhesive film 25 deposited on the housing 20 of the device and arranged to seal the pneumatic inlet IN2 and the fluid outlet OUT2 of the injection device, thereby forming a barrier layer.
  • the pneumatic inlet IN2 and the fluid outlet OUT2 of the injection device 2 are arranged in parallel and their opening sections, traversed by a gaseous flow (of air) for the pneumatic inlet and by a liquid flow for the fluid outlet, are produced in two parallel planes.
  • the two planes are combined.
  • the two planes will be arranged perpendicular to the axis (X).
  • the pneumatic network and the fluidic network of the device are thus arranged so as to form an inverted U, the first branch of the U ending in the pneumatic inlet IN2 and the second branch of the U ending in the fluid outlet OUT2.
  • the pneumatic inlet IN2 and the fluid outlet OUT2 thus open on the same face of the device or at least on two parallel faces.
  • the pneumatic network and the fluidic network of the device are then arranged in the device to ensure the operation of the device, in particular the guiding of a pneumatic force towards the reservoir 21.
  • the injection device when the injection device is filled with the fluid sample, it is injected by the fluid outlet OUT2 which then acts as an inlet.
  • the pneumatic input IN2 of the device can be used to evacuate the air.
  • the pneumatic inlet IN2 can be used to aspirate the fluid sample inside the device by being connected to a pumping system having a connection adapted to that of the pneumatic inlet IN2 of the injection device.
  • the film 25 for closing the entrance pneumatic and the fluid outlet is then bonded to the housing 20 of the device to finalize its preparation.
  • the injection device 2 can also have an architecture in which the opening sections of the pneumatic inlet and of the fluid outlet are no longer produced in two parallel planes, but in two inclined planes, one relative to the other, forming a single cavity, for example of conical shape, into which the pneumatic inlet and the fluid outlet open.
  • This cavity is intended to cooperate with a corresponding protuberance of the microfluidic device on the blank of which opens its auxiliary pneumatic outlet and its fluid inlet.
  • the male type connector located for example on the microfluidic card side
  • the male type connector has a central protrusion making it possible to promote the piercing of the film 25, at the level of the pneumatic inlet IN2 and the outlet fluid flow OUT2 of the injection device.
  • FIGS. 6A to 6C represent the injection device without membrane and the Figures 7A to 7C show the injection device with a membrane 24.
  • the injection device 2 can be produced by assembling several superimposed layers.
  • It may include a first substrate 40 in which the fluid network and the pneumatic network of the injection device are made in part.
  • the first substrate 40 has an initially planar upper face 400 (that is to say before machining of the fluidic network and the pneumatic network) and a planar lower face 401, perpendicular to the axis (X). It comprises a first cavity 402 produced on its upper face, for example of cylindrical shape of revolution, at the bottom of which a first channel 403 is produced in the direction of the axis (X) opening at its end in a second cavity 404 forming a flare opening on its underside 401.
  • the first substrate 40 also comprises a second channel 405 produced axially, from its upper face towards its lower face and opening into a third cavity 406 produced on its lower face 401.
  • a transverse channel 407 is also machined to provide the junction between the second channel 405 and said first cavity 402.
  • the injection device 2 comprises a second substrate 41 having a planar lower face 411 and a planar upper face 410.
  • the first substrate 40 and the second substrate 41 advantageously have a cross section of identical dimensions.
  • the second substrate 41 is fixed on the first substrate so that its lower face 411 comes to bear on the upper face 400 of the first card 40, covering the first cavity 402 to form the reservoir 21 of the device and the channels 405, 407 for form the pneumatic network.
  • the film 25 can be affixed to obtain a ready-to-use pre-filled injection device ( figure 6C ).
  • the injection device comprises a membrane 24 as described above.
  • the device comprises a first substrate 50.
  • the first substrate 50 comprises an upper face 500 initially planar (that is to say before machining of the fluidic network and the pneumatic network) and a lower face 501 planar, perpendicular to the axis (X). It comprises a first cavity 502 produced on its upper face 500, for example of cylindrical shape of revolution, at the bottom of which a first channel 503 is produced in the direction of the axis (X) opening at its end in a second cavity 504 forming a flare opening onto its underside 501.
  • the first substrate 50 also comprises a second channel 505 produced axially from its upper face in the direction of its lower face and opening into a third cavity 506 produced on its lower face 501.
  • the membrane 24 is then fixed directly over the entire upper face 500 of the first substrate 50, closing off the first cavity 502.
  • the membrane 24 is cut in the section of the second channel 505 to leave an opening.
  • the injection device 2 can then comprise a second substrate 51 comprising a planar upper face 510 and a planar lower face 511, and intended to be fixed by its lower face on the surface of the available membrane.
  • This second substrate 51 has two through openings, a first opening 512 facing the opening formed through the membrane 24 and a second opening 513 opening onto the closed part of the first cavity 502 by the membrane 24.
  • This substrate 51 also has on its upper face 510, a channel 514 arranged to provide the junction between the two openings 512, 513.
  • the device may finally comprise a third substrate 52 having an upper face 520 and a lower face 521.
  • the third substrate 52 is fixed by its lower face 521 to the upper face 511 of the second substrate 51. It can be a simple adhesive membrane covering the substrate 51 and closing its channel 514.
  • the fluidic network and the pneumatic network of the injection device 2 can be machined according to methods known by the plastics industries such as mechanical machining with a numerically controlled machine, by 3D printing, or preferably by injection.
  • each substrate 40, 41, 50, 51, 52 can be selected from the following materials: polycarbonate polymer, PMMA, COC, silicon, and paper.
  • FIGS. 8A and 8B illustrate the operating principle of the injection device, respectively in its first embodiment and in its second embodiment described above.
  • the injection device forms a complete microfluidic system.
  • the microfluidic device is chosen with the configuration of the figure 1 .
  • the principle will be identical whatever the micro-fluidic device to which the injection device 2 is connected.
  • the injection device 2 can be filled with the liquid sample during a filling step as described above. This step can be carried out during the manufacture of the device. Once the injection device is partially or completely emptied, it can be discarded.
  • this step it involves connecting the injection device 2 to the microfluidic device 1.
  • the pneumatic inlet IN2 of the injection device 2 and the fluid outlet OUT2 of the injection device 2 are thus connected respectively on the auxiliary pneumatic output OUT_aux of the micro-fluidic device and on the fluidic input IN1 of the micro-fluidic device.
  • the protective film 25 is pierced to allow the fluidic and pneumatic connections to be established between the two devices.
  • the auxiliary pneumatic input IN_aux of the microfluidic device 1 being connected to a pneumatic supply source 3, for example an air source, an air pressure (P) is applied through the auxiliary pneumatic input IN_aux and the auxiliary output OUT_aux of the microfluidic device.
  • a pneumatic supply source 3 for example an air source
  • the air is brought into the injection device 2 via its pneumatic inlet IN2.
  • the air pressure pushes the liquid present in the reservoir 21, through the fluid outlet OUT2 of the device.
  • the liquid crosses the fluid outlet OUT2 and enters the microfluidic device 1 via the fluid inlet IN1 thereof.
  • the injection continues until the desired volume is injected into the microfluidic device 1.
  • the source 3 thus remains active as long as the desired volume has not been injected.
  • the liquid injected into the microfluidic device can then continue its movement in the fluidic network of the microfluidic device 1, according to the state of the microfluidic capsules of the device.
  • the auxiliary pneumatic input IN_aux of the microfluidic device 1 being connected to a pneumatic supply source 3, for example an air source, an air pressure (P) is applied through the auxiliary pneumatic input IN_aux and the auxiliary output OUT_aux of the microfluidic device.
  • a pneumatic supply source 3 for example an air source
  • the air is brought into the injection device 2 via its pneumatic inlet IN2.
  • the air pressure pushes the liquid present in the reservoir 21, through the fluid outlet OUT2 of the device.
  • the pressure is applied to the membrane 24 of the injection device. Under the effect of the pressure, the membrane 24 deforms and pushes the liquid outside of the injection device 2 via its fluid outlet OUT2.
  • the liquid crosses the fluid outlet OUT2 and enters the microfluidic device 1 via the fluid inlet IN1 thereof.
  • the injection continues until the desired volume is injected into the microfluidic device 1.
  • the source 3 thus remains active as long as the desired volume has not been injected.
  • the membrane continues to deform as long as the pressure in the tank increases.
  • the liquid injected into the microfluidic device can then continue its movement in the fluidic network of the microfluidic device 1, according to the state of the microfluidic capsules of the device.

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Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention se rapporte à un dispositif d'injection d'un échantillon fluidique.
  • L'invention concerne également un système micro-fluidique comprenant un dispositif micro-fluidique et un dispositif d'injection employé pour injecter un échantillon fluidique dans ledit dispositif micro-fluidique.
  • L'invention concerne enfin un procédé d'injection d'un échantillon fluidique, mis en œuvre à l'aide dudit dispositif d'injection adapté sur le dispositif micro-fluidique.
    • Etat de la technique
  • Il existe beaucoup de dispositifs permettant d'injecter un échantillon fluidique dans un dispositif micro-fluidique. Pour les plus simples, il peut s'agir d'un dispositif à piston tel qu'une seringue, par exemple équipé d'une connectique de type Luer pour se connecter sur une entrée fluidique du dispositif micro-fluidique. Il peut s'agir également d'un dispositif déjà intégré à la carte tel que celui décrit dans la demande de brevet EP2679307A1 . Cette solution consiste à placer l'échantillon fluidique dans une poche collée sur une carte micro-fluidique et fermée par un film intercalé entre ladite poche et une entrée fluidique de la carte. Après retrait du film, une pression mécanique sur le dessus de la poche permet d'injecter l'échantillon liquide dans la carte.
  • Les différentes solutions décrites ci-dessus présentent cependant certains inconvénients. La solution à piston ne permet pas d'ajuster facilement le volume de liquide injecté, ni de conserver l'échantillon liquide dans la seringue. La solution décrite dans le document EP2679307A1 présente aussi deux inconvénients principaux :
    • La poche formant le réservoir est collée sur la carte. Cela oblige à toujours associer la carte à un réservoir particulier et cela ne permet donc pas de disposer de dispositifs distincts.
    • Le contrôle de l'injection est réalisé par pression mécanique, en général manuellement. Cela ne permet pas d'ajuster précisément le volume injecté, notamment lorsque le volume est particulièrement faible (inférieur à 100µl).
  • Mention est également faite des documents suivants : La demande de brevet WO 2015/181170 A1 décrit une carte fluidique comportant un réservoir de stockage d'au moins un fluide et une membrane hyper-élastique associée, ainsi qu'un procédé de stockage et de délivrance d'au moins un fluide au moyen d'une telle carte fluidique. La demande de brevet US 2014/261868 A1 décrit un ensemble récipient à utiliser avec un appareil de chromatographie liquide haute pression (CLHP), l'ensemble récipient, quand il est accouplé à une source de gaz sous pression, fournissant à l'appareil de CLHP un milieu fluide à pression positive.
  • Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'injection permettant de pallier les inconvénients des solutions antérieures. Celui-ci peut notamment être indépendant du dispositif micro-fluidique et permet d'ajuster précisément le volume injecté, même en cas de faible volume.
    • Exposé de l'invention
  • Ce but est atteint par un dispositif d'injection d'un fluide destiné à être adapté sur un dispositif micro-fluidique qui comporte un réseau fluidique comprenant une entrée fluidique (IN1) pour recevoir un échantillon fluidique et un réseau pneumatique comprenant au moins une entrée pneumatique auxiliaire destinée à être connectée sur une source d'alimentation pneumatique et une sortie pneumatique auxiliaire communiquant avec ladite entrée pneumatique auxiliaire, ledit dispositif d'injection comprenant :
    • Un boîtier,
    • Un réseau fluidique agencé dans ledit boîtier et qui comporte un réservoir agencé dans un espace interne du boîtier et destiné à recevoir ledit échantillon fluidique à injecter dans ledit dispositif micro-fluidique et une sortie fluidique reliée au dit réservoir et agencée dans un connecteur fluidique adapté pour se connecter de manière étanche sur ladite entrée fluidique dudit dispositif micro-fluidique pour injecter ledit échantillon fluidique dans le réseau fluidique dudit dispositif micro-fluidique,
    • Un réseau pneumatique agencé dans ledit boîtier (20) et comprenant une entrée pneumatique,
    • Ladite entrée pneumatique étant agencée dans un connecteur pneumatique adapté pour se connecter de manière étanche sur ladite sortie pneumatique auxiliaire dudit dispositif micro-fluidique
    • Une membrane déformable élastique étant agencée dans ledit réservoir (21) et forme une interface étanche pour isoler le réseau fluidique du réseau pneumatique
    • Ledit dispositif étant composé d'un assemblage de plusieurs substrats superposés dans lequel ladite membrane forme l'un desdits substrats.
  • Selon une particularité, ledit dispositif comporte au moins une première face sur laquelle débouche ladite entrée pneumatique et une deuxième face sur laquelle débouche ladite sortie fluidique et ladite première face et ladite deuxième face sont parallèles.
  • Selon une autre particularité, la membrane est fabriquée dans un matériau déformable tel qu'un élastomère de la famille des silicones.
  • Selon une autre particularité, le dispositif comporte au moins un film agencé sur ledit boîtier pour obturer ladite sortie fluidique et ladite entrée pneumatique.
  • Selon une autre particularité, ledit réseau pneumatique comporte un canal connecté sur ladite entrée pneumatique et débouchant dans ledit réservoir.
  • Selon une autre particularité, ledit réseau fluidique comporte un canal reliant ledit réservoir à ladite sortie fluidique.
  • L'invention concerne également un système micro-fluidique comprenant un dispositif micro-fluidique qui comporte un réseau fluidique comprenant une entrée fluidique pour recevoir un échantillon fluidique et un réseau pneumatique comprenant au moins une entrée pneumatique auxiliaire destinée à être connectée sur une source d'alimentation pneumatique et une sortie pneumatique auxiliaire communiquant avec ladite entrée pneumatique auxiliaire, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'injection de fluide tel que défini ci-dessus, ladite entrée pneumatique du dispositif d'injection étant configurée pour se connecter sur ladite sortie pneumatique auxiliaire du dispositif micro-fluidique et ladite sortie fluidique du dispositif d'injection étant configurée pour se connecter sur l'entrée fluidique du dispositif micro-fluidique.
  • Selon une particularité, le réseau pneumatique du dispositif micro-fluidique comporte une entrée pneumatique de commande destinée à être connectée à une source d'alimentation pneumatique.
  • Selon une autre particularité, le réseau fluidique de la carte comporte plusieurs vannes fluidiques actionnables grâce audit réseau pneumatique, via ladite entrée pneumatique de commande par laquelle est générée une force pneumatique.
  • Selon une autre particularité, chaque vanne fluidique comporte une capsule micro-fluidique actionnable entre un premier état fermé bloquant l'écoulement d'un fluide et un deuxième état ouvert autorisant l'écoulement dudit fluide.
  • Selon une autre particularité, le dispositif micro-fluidique comporte au moins une membrane déformable agencée dans chaque capsule et actionnable entre deux états par ladite force pneumatique.
  • L'invention concerne également un procédé d'injection d'un échantillon fluidique dans un dispositif micro-fluidique qui comporte un réseau fluidique comprenant une entrée fluidique pour recevoir un échantillon fluidique et un réseau pneumatique comprenant au moins une entrée pneumatique auxiliaire destinée à être connectée sur une source d'alimentation pneumatique et une sortie pneumatique auxiliaire communiquant avec ladite entrée pneumatique auxiliaire, ledit procédé étant mis en œuvre à l'aide d'un dispositif d'injection tel que défini ci-dessus, le réservoir dudit dispositif d'injection comprenant ledit échantillon fluidique, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
    • Connexion du dispositif d'injection sur le dispositif micro-fluidique en connectant la sortie fluidique du dispositif d'injection sur l'entrée fluidique du dispositif micro-fluidique et l'entrée pneumatique du dispositif d'injection sur la sortie pneumatique auxiliaire du dispositif micro-fluidique,
    • Connexion de l'entrée pneumatique auxiliaire du dispositif micro-fluidique sur une source d'alimentation pneumatique,
    • Application d'une force pneumatique à travers l'entrée pneumatique auxiliaire du dispositif micro-fluidique et le réseau pneumatique du dispositif d'injection de manière à injecter l'échantillon fluidique dans le réseau fluidique du dispositif micro-fluidique via la sortie fluidique du dispositif d'injection et l'entrée fluidique du dispositif micro-fluidique.
    Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :
    • La figure 1 représente, en perspective, un dispositif micro-fluidique réalisé sous la forme d'une carte micro-fluidique ;
    • La figure 2 représente, en vue de côté et de manière schématique, le dispositif micro-fluidique de la figure 1 ;
    • Les figures 3A à 5B représentent différentes variantes de réalisation d'une capsule micro-fluidique pouvant être employée dans un dispositif micro-fluidique tel que celui représenté sur la figure 1 ;
    • Les figures 6A à 6C illustrent, en vue de côté et de manière schématique, une première réalisation du dispositif d'injection de l'invention ;
    • Les figures 7A à 7C illustrent, en vue de côté et de manière schématique, une deuxième réalisation du dispositif d'injection de l'invention ;
    • Les figures 8A et 8B représentent les différentes étapes de fonctionnement du dispositif d'injection, respectivement selon le premier mode de réalisation et selon le deuxième mode de réalisation, associé à un dispositif micro-fluidique ;
    Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
  • Dans la suite de la description, les termes "haut", "bas", "supérieur", "inférieur", sont à comprendre en prenant comme référence un axe vertical. Sur les dessins annexés, cet axe (X) est tracé verticalement dans le plan de la feuille.
  • L'invention vise un dispositif d'injection 2 d'un échantillon fluidique dans un dispositif micro-fluidique 1. Les deux dispositifs sont initialement indépendants. Le dispositif d'injection peut être adapté sur le dispositif micro-fluidique pour l'injection de l'échantillon fluidique. Les deux dispositifs forment un système micro-fluidique complet qui pourra être utilisé lors d'une analyse d'un échantillon fluidique.
  • Le dispositif d'injection peut être de type à usage unique, c'est-à-dire jetable.
  • Dans la présente demande, par connectique adaptée, il faut comprendre que les deux connecteurs employés présentent une architecture complémentaire permettant de réaliser une connexion fiable et étanche. Il s'agira notamment d'une connectique de type mâle/femelle. Il pourra s'agir également d'une connectique réalisée par frottement ou de type Luer ou toute autre solution possible.
  • Par échantillon fluidique, il faut comprendre qu'il peut s'agir d'un liquide ou même d'un gaz. Préférentiellement, il s'agira d'un échantillon de type liquide.
  • Le dispositif micro-fluidique compatible avec le dispositif d'injection de l'invention peut être de tous types, c'est-à-dire qu'il peut prendre toute structure possible, que ce soit pour sa forme externe ou pour son architecture fluidique interne.
  • De manière non limitative, le dispositif micro-fluidique peut être réalisé sous la forme d'une carte, dite carte micro-fluidique. Cette carte peut avoir un format rectangulaire.
  • Par réseau fluidique, on entend des éléments fluidiques tels qu'une ou plusieurs entrées fluidiques, une ou plusieurs sorties fluidiques, un ou plusieurs réservoirs, des canaux de liaison, des chambres, des vannes fluidiques ou tout autre élément de ce type.
  • Par réseau pneumatique, on entend des éléments pneumatiques tels qu'une ou plusieurs entrées pneumatiques, une ou plusieurs sorties pneumatiques, des canaux de liaison, des chambres ou d'autres éléments de ce type.
  • Le dispositif micro-fluidique 1 comporte une entrée fluidique IN1 par laquelle est injecté l'échantillon fluidique dans le réseau fluidique du dispositif micro-fluidique 1. Cette entrée fluidique IN1 peut être formée dans un connecteur fluidique. Ce connecteur peut être de type mâle et est agencé pour coopérer avec un connecteur adapté correspondant.
  • La figure 1 montre un exemple d'un dispositif micro-fluidique 1 de type carte, tel qu'il pourrait être employé dans le cadre de l'invention. Bien entendu, ce dispositif est à considérer de manière non limitative pour la description de l'invention.
  • Un tel dispositif micro-fluidique est notamment décrit dans la demande EP3085444A1 .
  • A titre d'exemple et de manière non limitative, ce dispositif micro-fluidique 1 peut comporter deux substrats 10, 11 et une membrane déformable 12 disposée entre les deux substrats. Chaque substrat 10, 11 présente deux surfaces, une surface dite supérieure et une surface dite inférieure. La surface inférieure du premier substrat 10 est en vis-à-vis de la surface supérieure du deuxième substrat 11 et forment toutes deux les surfaces micro-fluidiques du dispositif, car supportant son réseau fluidique. Les deux substrats peuvent présenter un contour de forme rectangulaire ou circulaire ou de toute autre forme.
  • Chacun des premier 10 et deuxième 11 substrats présente une épaisseur, par exemple comprise entre environ 200 µm et 10 mm et une superficie de l'ordre de plusieurs centimètres carrés, typiquement une superficie équivalente à celle d'une lame de microscope, d'une plaque à puits (appelée "96 well plate") ou d'une carte de crédit. La membrane déformable présente une épaisseur de l'ordre d'une centaine de microns (10µm à 1mm) par exemple de 300µm.
  • Le matériau du premier substrat 10 et/ou du deuxième substrat 11 est sélectionné parmi les matériaux suivants : polymère polycarbonate, PMMA, COC, silicium, et papier.
  • La membrane 12 est formée d'un matériau très déformable élastiquement, lui permettant de revenir à sa forme initiale après déformation. Le matériau est choisi avec un pourcentage de déformation élastique au moins égal à 200% (une élongation de deux fois sa taille initiale avant déformation) et pouvant aller jusqu'à 1000 %. Bien entendu, le matériau et sa caractéristique de déformabilité pourront être adaptés à l'application visée.
  • La membrane 12 peut être fabriquée dans un matériau élastomère de la famille des silicones tels que les MQ (Methyl-Polysiloxanes), les VMQ (Vinyl-Methyl-Polysiloxanes, les PVMQ (Phenyl-Vynil-Methyl-Polysiloxanes) ou élastomère de type thermoplastiques (TPE), par exemple les TPE-S, TPS, TPE-E, TPC.
  • De manière non limitative, le réseau fluidique du dispositif 1 représenté sur les figures 1 et 2 peut comporter une série de capsules 13 micro-fluidiques.
  • Chaque capsule 13 micro-fluidique d'un dispositif micro-fluidique comporte une chambre 130 formée par une cavité dans laquelle débouche un canal d'entrée et de laquelle ressort un canal de sortie. La membrane 12 est déformable à l'intérieur de la chambre de chaque capsule permettant, selon sa position, de conférer au moins deux états distincts à la capsule micro-fluidique. Chaque capsule peut être commandée de manière individualisée par action de la partie de la membrane associée à la capsule. Selon la position de la membrane, le volume de la chambre 130 varie, entre un volume quasiment nul et un volume maximal.
  • Différentes configurations de capsules sont possibles. Selon l'agencement de la capsule, lorsque sa membrane 12 est au repos, la capsule pourra être dans le premier état ou dans le deuxième état. Comme pour un interrupteur électrique, on pourra ainsi parler de configuration de type "normalement fermé" ou "normalement ouvert".
  • La membrane 12 est adaptée pour ouvrir ou bloquer le passage du fluide ainsi que pour pomper le fluide depuis un réservoir ou une chambre vers au moins une autre chambre.
  • Les capsules peuvent ainsi présenter différentes formes et configurations :
    • Figures 3A et 3B
  • Sur les figures 3A et 3B, les capsules ont une forme de calotte demi-sphérique. Sur la figure 3A, la capsule 13 est dans un état fermé. La membrane 12 est mise dans une forme déployée et est plaquée pour épouser parfaitement la forme de la cavité. Le volume entre la membrane 12 et la cavité est quasiment nul, bloquant ainsi l'écoulement du fluide au travers de la chambre 130. La figure 3B illustre une vue de la même chambre 130 micro-fluidique dans un état ouvert. La partie correspondante de la membrane déformable 12 est à l'état repos et permet l'écoulement du fluide à travers la chambre.
    • Figures 4A et 4B
  • Chaque cavité est représentée en forme de calotte demi-sphérique. Sur la figure 4A, la capsule est dans un état fermé, la membrane 12 est cependant non déployée. Sur la figure 4B, la membrane 12 est déployée et autorise l'écoulement de fluide à travers la chambre, du canal d'entrée vers le canal de sortie.
    • Figures 5A et 5B
  • Les figures 5A et 5B représentent une architecture de fonctionnement équivalente à celle des figures 4A et 4B, la différence résidant dans le fait que la capsule micro-fluidique est de forme cylindrique et non en forme de calotte demi-sphérique.
  • Le dispositif micro-fluidique 1 est associé à un système d'actionnement adapté pour agir sur la membrane 12 au niveau de chaque capsule afin de commuter la capsule sélectionnée entre ses deux états. Le système d'actionnement comporte une source 3 d'alimentation pneumatique.
  • Pour relier les capsules micro-fluidiques entre elles, le dispositif comporte des canaux micro-fluidiques 14 de communication formant les canaux d'entrée et de sortie décrits ci-dessus. Selon le mode de réalisation retenu, ils sont formés sur l'une ou l'autre des deux surfaces micro-fluidiques de chaque substrat 10, 11.
  • De manière non limitative, chaque canal de communication 14 présente une longueur comprise entre environ 0.5 mm et 5 mm et une section comprise entre environ 50 µm et 500 µm de côté. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le volume d'un canal micro-fluidique 14 est au moins dix fois plus petit que le volume d'une chambre micro-fluidique 2.
  • L'entrée fluidique IN1 est réalisée à travers le substrat supérieur 10 de la carte et peut présenter son connecteur sur la surface supérieure de la carte.
  • Le dispositif 1 micro-fluidique comporte un réseau pneumatique. Ce réseau pneumatique peut comporter une ou plusieurs entrées de commande 15 pneumatiques débouchant chacune au niveau d'une chambre micro-fluidique 2 d'une capsule. Ces entrées de commande 15 sont utilisées pour actionner la membrane déformable 12 en appliquant une force pneumatique générée par une source d'alimentation pneumatique.
  • Selon la configuration de la capsule 13, le déplacement de la membrane 12 entre ses deux positions peut être réalisé en appliquant une pression positive ou une pression négative sur son entrée de commande 15 pneumatique.
  • Le système d'actionnement peut comporter une unité de commande configurée pour commander chaque entrée de commande 15 de manière adaptée, par exemple selon une séquence donnée. La commande peut être globale, toutes les entrées 15 étant reliées à une même source pneumatique 3, ou sélective, chaque entrée pouvant être activée individuellement. Des vannes pneumatiques sont alors commandées par l'unité de commande pour sélectionner chaque entrée de commande 15.
  • Le réseau fluidique et le réseau pneumatique du dispositif 1 peuvent être usinés selon des procédés connus par les industries de la plasturgie telles que l'usinage mécanique avec une machine à commande numérique, par impression 3D, ou de préférence par injection.
  • Le premier substrat 10, la membrane 12 et le deuxième substrat 11 sont assemblés de manière à assurer un contact étanche entre la membrane 12 et les deux surfaces micro-fluidiques des premier et deuxième substrats, tout en aménageant un espace d'écoulement au niveau des capsules 13 et des canaux micro-fluidiques 14. L'assemblage peut être réalisé par collage, par plasma, ou par un plaquage mécanique.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, le réseau pneumatique du dispositif micro-fluidique comporte également une entrée pneumatique auxiliaire IN_aux et une sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux reliées entre elles par un canal de liaison. L'entrée pneumatique auxiliaire IN_aux est agencée dans un connecteur pneumatique destinée à être raccordée à une source d'alimentation pneumatique, cette source d'alimentation peut être identique à la source 3 pneumatique employée pour l'actionnement de chaque vanne fluidique décrite ci-dessus. La sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux est également agencée dans un connecteur pneumatique adapté pour établir une connexion avec un dispositif externe.
  • La sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux est ainsi disponible directement sur le dispositif micro-fluidique 1 pour un dispositif externe.
  • Le connecteur dans lequel est formée la sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux peut être de type mâle.
  • L'entrée pneumatique auxiliaire IN_aux, la sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux et leur canal de liaison sont avantageusement réalisés par un canal traversant la carte sur toute son épaisseur, débouchant sur la surface inférieure pour former l'entrée pneumatique auxiliaire et sur la surface supérieure pour former la sortie pneumatique auxiliaire. Le connecteur de la sortie auxiliaire peut être de type mâle. Tout autre agencement pourrait être envisagé.
  • L'invention concerne notamment un dispositif d'injection 2 agencé pour se connecter notamment sur la sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux du dispositif micro-fluidique 1 afin de pouvoir bénéficier d'une force pneumatique pour injecter un échantillon fluidique dans le dispositif micro-fluidique 1.
  • Le dispositif d'injection 2 comporte ainsi un réseau pneumatique et un réseau fluidique. Deux modes de réalisation sont proposés, un premier mode sur les figures 6A à 6C et un deuxième mode sur les figures 7A à 7C.
  • Le dispositif d'injection 2 comporte un boîtier 20 dans lequel sont réalisés son réseau fluidique et son réseau pneumatique.
  • De manière non limitative, le boîtier peut être de forme parallélépipédique.
  • Son réseau fluidique comporte un réservoir 21 réalisé dans un espace interne du boîtier et destiné à recevoir un échantillon fluidique 22 à injecter. Il comporte également une sortie fluidique OUT2 par laquelle est injecté l'échantillon fluidique. Un canal de sortie fluidique peut relier la sortie fluidique OUT2 au réservoir 21.
  • La sortie fluidique OUT2 peut être agencée dans un connecteur fluidique agencé pour coopérer avec un connecteur correspondant afin d'assurer une connexion fluidique fiable et étanche. Le connecteur dans lequel est formée la sortie fluidique OUT2 peut être de type femelle.
  • Son réseau pneumatique comporte une entrée pneumatique IN2. L'entrée pneumatique IN2 est agencée dans un connecteur pneumatique, adapté pour se connecter sur la sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux disponible sur le dispositif micro-fluidique 1. Le connecteur dans lequel est formée l'entrée pneumatique IN2 peut être de type femelle.
  • La distance entre l'entrée pneumatique IN2 et la sortie fluidique OUT2 du dispositif d'injection 2 et leurs positions respectives sont bien entendu configurées pour être identiques à celles existant entre la sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux et l'entrée fluidique IN1 du dispositif micro-fluidique 1.
  • Son réseau pneumatique peut comporter un canal 23 d'entrée pneumatique relié à son entrée pneumatique IN2 et destiné à relier ladite entrée pneumatique à son réseau fluidique de manière à véhiculer la force pneumatique jusqu'au réseau fluidique.
  • Ce canal 23 d'entrée pneumatique débouche dans le réservoir 21, avantageusement à l'opposé du canal de sortie fluidique joignant la sortie fluidique OUT2.
  • Le dispositif d'injection 2 peut également comporter une membrane déformable 24, formant une interface étanche entre son réseau pneumatique et son réseau fluidique. Cette membrane 24 est par exemple agencée dans le réservoir 21 et s'étend transversalement par rapport à la direction de la force pneumatique générée à l'interface entre le réseau pneumatique et le réseau fluidique du dispositif d'injection. Cette membrane 24 est configurée pour se déformer lors de l'exercice d'une force pneumatique d'intensité suffisante. En se déformant sous l'action de ladite force, la membrane 24 pousse le liquide en dehors du réservoir 21 en direction de la sortie fluidique OUT2 du dispositif d'injection 2.
  • De manière non limitative, comme la membrane 12 du dispositif micro-fluidique décrite ci-dessus, cette membrane 24 peut être fabriquée dans un matériau élastomère de la famille des silicones tels que les MQ (Methyl-Polysiloxanes), les VMQ (Vinyl-Methyl-Polysiloxanes, les PVMQ (Phenyl-Vynil-Methyl-Polysiloxanes) ou élastomère de type thermoplastiques (TPE), par exemple les TPE-S, TPS, TPE-E, TPC.
  • De manière avantageuse, le dispositif d'injection 2 comporte également un ou plusieurs opercules perforables ou déchirables. Il peut s'agir d'un film 25 adhésif déposé sur le boîtier 20 du dispositif et agencé pour recouvrir de manière étanche l'entrée pneumatique IN2 et la sortie fluidique OUT2 du dispositif d'injection, formant ainsi une couche barrière.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, l'entrée pneumatique IN2 et la sortie fluidique OUT2 du dispositif d'injection 2 sont agencées en parallèle et leurs sections d'ouverture, traversées par un flux gazeux (de l'air) pour l'entrée pneumatique et par un flux liquide pour la sortie fluidique, sont réalisées dans deux plans parallèles. De manière avantageuse, les deux plans sont confondus. En fonctionnement, les deux plans seront agencés perpendiculairement à l'axe (X). Le réseau pneumatique et le réseau fluidique du dispositif sont ainsi agencés de manière à former un U renversé, la première branche du U se terminant par l'entrée pneumatique IN2 et la deuxième branche du U se terminant par la sortie fluidique OUT2. L'entrée pneumatique IN2 et la sortie fluidique OUT2 débouchent ainsi sur une même face du dispositif ou tout du moins sur deux faces parallèles. Le réseau pneumatique et le réseau fluidique du dispositif sont alors agencés dans le dispositif pour assurer le fonctionnement du dispositif, notamment le guidage d'une force pneumatique vers le réservoir 21.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, lors du remplissage du dispositif d'injection par l'échantillon fluidique, celui-ci est injecté par la sortie fluidique OUT2 qui fait alors office d'entrée. Lors du remplissage, l'entrée pneumatique IN2 du dispositif peut être employée pour évacuer l'air. En variante, l'entrée pneumatique IN2 peut être employée pour aspirer l'échantillon fluidique à l'intérieur du dispositif en étant raccordé sur un système de pompage présentant une connectique adaptée à celle de l'entrée pneumatique IN2 du dispositif d'injection. Le film 25 permettant d'obturer l'entrée pneumatique et la sortie fluidique est ensuite collé sur le boîtier 20 du dispositif pour finaliser sa préparation.
  • De manière non limitative, le dispositif d'injection 2 peut également présenter une architecture dans laquelle les sections d'ouverture de l'entrée pneumatique et de la sortie fluidique ne sont plus réalisées dans deux plans parallèles, mais dans deux plans inclinés l'un par rapport à l'autre, formant une seule cavité, par exemple de forme conique, dans laquelle débouche l'entrée pneumatique et la sortie fluidique. Cette cavité est destinée à coopérer avec une protubérance correspondante du dispositif micro-fluidique sur le flan de laquelle débouche sa sortie pneumatique auxiliaire et son entrée fluidique.
  • Bien entendu, il faut comprendre que toute autre architecture pourrait être imaginée pour réaliser la liaison entre le dispositif d'injection 2 et le dispositif micro-fluidique 1.
  • De manière non limitative, pour percer le film, le connecteur de type mâle (situé par exemple côté carte micro-fluidique) comporte une protrusion centrale permettant de favoriser le perçage du film 25, au niveau de l'entrée pneumatique IN2 et de la sortie fluidique OUT2 du dispositif d'injection.
  • Les figures 6A à 6C représentent le dispositif d'injection sans membrane et les figures 7A à 7C représentent le dispositif d'injection doté d'une membrane 24.
  • En référence à la figure 6A, de manière non limitative, le dispositif d'injection 2 peut être réalisé par un assemblage de plusieurs couches superposées.
  • Il peut comporter un premier substrat 40 dans lequel sont réalisés en partie le réseau fluidique et le réseau pneumatique du dispositif d'injection.
  • Le premier substrat 40 comporte une face supérieure 400 initialement plane (c'est-à-dire avant usinage du réseau fluidique et du réseau pneumatique) et une face inférieure 401 plane, perpendiculaire à l'axe (X). Il comporte une première cavité 402 réalisée sur sa face supérieure, par exemple de forme cylindrique de révolution, au fond de laquelle est réalisé un premier canal 403 dans la direction de l'axe (X) débouchant à son extrémité dans une deuxième cavité 404 formant un évasement débouchant sur sa face inférieure 401.
  • Le premier substrat 40 comporte également un deuxième canal 405 réalisé axialement, de sa face supérieure vers sa face inférieure et débouchant dans une troisième cavité 406 réalisée sur sa face inférieure 401.
  • Un canal transversal 407 est également usiné pour assurer la jonction entre le deuxième canal 405 et ladite première cavité 402.
  • Le dispositif d'injection 2 comporte un deuxième substrat 41 présentant une face inférieure 411 plane et une face supérieure 410 plane.
  • Le premier substrat 40 et le deuxième substrat 41 présentent avantageusement une section transversale de dimensions identiques.
  • Le deuxième substrat 41 est fixé sur le premier substrat de sorte que sa face inférieure 411 vienne en appui sur la face supérieure 400 de la première carte 40, recouvrant la première cavité 402 pour former le réservoir 21 du dispositif et les canaux 405, 407 pour former le réseau pneumatique.
  • Après remplissage du dispositif, comme représenté sur la figure 6B, le film 25 peut être apposé pour obtenir un dispositif d'injection prérempli prêt à l'emploi (figure 6C).
  • En référence à la figure 7A, le dispositif d'injection comporte une membrane 24 telle que décrite ci-dessus. Dans cette autre configuration, le dispositif comporte un premier substrat 50. Le premier substrat 50 comporte une face supérieure 500 initialement plane (c'est-à-dire avant usinage du réseau fluidique et du réseau pneumatique) et une face inférieure 501 plane, perpendiculaire à l'axe (X). Elle comporte une première cavité 502 réalisée sur sa face supérieure 500, par exemple de forme cylindrique de révolution, au fond de laquelle est réalisé un premier canal 503 dans la direction de l'axe (X) débouchant à son extrémité dans une deuxième cavité 504 formant un évasement débouchant sur sa face inférieure 501.
  • Le premier substrat 50 comporte également un deuxième canal 505 réalisé axialement de sa face supérieure en direction de sa face inférieure et débouchant dans une troisième cavité 506 réalisée sur sa face inférieure 501.
  • La membrane 24 est alors fixée directement sur toute la face supérieure 500 du premier substrat 50, venant obturer la première cavité 502. La membrane 24 est découpée à la section du deuxième canal 505 pour laisser une ouverture.
  • Le dispositif d'injection 2 peut alors comporter un deuxième substrat 51 comprenant une face supérieure 510 plane et une face inférieure 511 plane, et destiné à être fixé par sa face inférieure sur la surface de la membrane disponible. Ce deuxième substrat 51 présente deux ouvertures traversantes, une première ouverture 512 étant en vis-à-vis de l'ouverture formée à travers la membrane 24 et une deuxième ouverture 513 débouchant sur la partie obturée de la première cavité 502 par la membrane 24. Ce substrat 51 comporte également sur sa face supérieure 510, un canal 514 agencé pour assurer la jonction entre les deux ouvertures 512, 513.
  • Le dispositif peut enfin comporter un troisième substrat 52 présentant une face supérieure 520 et une face inférieure 521.Le troisième substrat 52 est fixé par sa face inférieure 521 sur la face supérieure 511 du deuxième substrat 51. Il peut s'agit d'une simple membrane adhésive venant recouvrir le substrat 51 et refermer son canal 514.
  • Le réseau fluidique et le réseau pneumatique du dispositif d'injection 2 peuvent être usinés selon des procédés connus par les industries de la plasturgie tels que l'usinage mécanique avec une machine à commande numérique, par impression 3D, ou de préférence par injection.
  • Le matériau de chaque substrat 40, 41, 50, 51, 52 peut être sélectionné parmi les matériaux suivants : polymère polycarbonate, PMMA, COC, silicium, et papier.
  • Les figures 8A et 8B illustrent le principe de fonctionnement du dispositif d'injection, respectivement dans son premier mode de réalisation et dans son deuxième mode de réalisation décrits ci-dessus. Avec le dispositif micro-fluidique, le dispositif d'injection forme un système micro-fluidique complet. Dans cet exemple, le dispositif micro-fluidique est choisi avec la configuration de la figure 1. Bien entendu, le principe sera identique quel que soit le dispositif micro-fluidique sur lequel le dispositif d'injection 2 est connecté.
  • Initialement, le dispositif d'injection 2 peut être rempli de l'échantillon liquide lors d'une étape de remplissage telle que décrite ci-dessus. Cette étape peut être réalisée lors de la fabrication du dispositif. Une fois le dispositif d'injection vidé partiellement ou en totalité, celui-ci pourra être jeté.
    • Etape E1 et E10
  • Dans cette étape, il s'agit de connecter le dispositif d'injection 2 sur le dispositif micro-fluidique 1. L'entrée pneumatique IN2 du dispositif d'injection 2 et la sortie fluidique OUT2 du dispositif d'injection 2 sont ainsi connectées respectivement sur la sortie pneumatique auxiliaire OUT_aux du dispositif micro-fluidique et sur l'entrée fluidique IN1 du dispositif micro-fluidique.
    • Etape E2 et E11
  • Lors de la connexion, le film 25 de protection se perce pour permettre d'établir les connexions fluidique et pneumatique entre les deux dispositifs.
  • Pour le premier mode de réalisation, sur la figure 8A, on a ensuite :
    • Etape E3
  • L'entrée pneumatique auxiliaire IN_aux du dispositif micro-fluidique 1 étant raccordée à une source d'alimentation pneumatique 3, par exemple une source d'air, une pression d'air (P) est appliquée à travers l'entrée pneumatique auxiliaire IN_aux et la sortie auxiliaire OUT_aux du dispositif micro-fluidique.
  • Par la connexion réalisée, l'air est amené dans le dispositif d'injection 2 via son entrée pneumatique IN2.
  • La pression d'air pousse le liquide présent dans le réservoir 21, à travers la sortie fluidique OUT2 du dispositif.
  • Le liquide traverse la sortie fluidique OUT2 et pénètre dans le dispositif micro-fluidique 1 via l'entrée fluidique IN1 de celui-ci.
    • Etape E4
  • L'injection se poursuit jusqu'à ce que le volume souhaité soit injecté dans le dispositif micro-fluidique 1. La source 3 reste ainsi active tant que le volume souhaité n'a pas été injecté.
  • Le liquide injecté dans le dispositif micro-fluidique peut ensuite poursuivre son déplacement dans le réseau fluidique du dispositif micro-fluidique 1, selon l'état des capsules micro-fluidiques du dispositif.
  • Pour le deuxième mode de réalisation, sur la figure 8B, on a ensuite :
    • Etape E12
  • L'entrée pneumatique auxiliaire IN_aux du dispositif micro-fluidique 1 étant raccordée à une source d'alimentation pneumatique 3, par exemple une source d'air, une pression d'air (P) est appliquée à travers l'entrée pneumatique auxiliaire IN_aux et la sortie auxiliaire OUT_aux du dispositif micro-fluidique.
  • Par la connexion réalisée, l'air est amené dans le dispositif d'injection 2 via son entrée pneumatique IN2.
  • La pression d'air pousse le liquide présent dans le réservoir 21, à travers la sortie fluidique OUT2 du dispositif.
  • La pression est appliquée sur la membrane 24 du dispositif d'injection. Sous l'effet de la pression, la membrane 24 se déforme et pousse le liquide en dehors du dispositif d'injection 2 via sa sortie fluidique OUT2.
  • Le liquide traverse la sortie fluidique OUT2 et pénètre dans le dispositif micro-fluidique 1 via l'entrée fluidique IN1 de celui-ci.
    • Etape E13
  • L'injection se poursuit jusqu'à ce que le volume souhaité soit injecté dans le dispositif micro-fluidique 1. La source 3 reste ainsi active tant que le volume souhaité n'a pas été injecté.
  • La membrane continue de se déformer tant que la pression présente dans le réservoir augmente.
  • Le liquide injecté dans le dispositif micro-fluidique peut ensuite poursuivre son déplacement dans le réseau fluidique du dispositif micro-fluidique 1, selon l'état des capsules micro-fluidiques du dispositif.
  • Le dispositif d'injection 2 proposé présente ainsi de nombreux avantages :
    • Il ne nécessite pas de moyens d'actionnement particuliers, l'actionnement étant réalisé directement via la sortie pneumatique auxiliaire du dispositif micro-fluidique ;
    • Il est facile à fabriquer, par un simple assemblage de couches ;
    • Il peut être fabriqué dans des matériaux similaires à ceux du dispositif micro-fluidique ;
    • Il est fiable et efficace, notamment grâce à l'utilisation de sa membrane ;
    • Il est facile à utiliser par une simple connexion sur le dispositif micro-fluidique ;
    • Les solutions de connexion employées permettent un maintien stable entre les deux dispositifs, garantissant une parfaite étanchéité ;
    • Il permet de traiter les petits volumes, grâce à la commande pneumatique.

Claims (12)

  1. Dispositif d'injection (2) d'un fluide destiné à être adapté sur un dispositif micro-fluidique (1), ledit dispositif d'injection comprenant :
    - Un boîtier (20),
    - Un réseau fluidique agencé dans ledit boîtier (20) et qui comporte un réservoir (21) agencé dans un espace interne du boîtier et une sortie fluidique (OUT2) reliée au dit réservoir (21) et agencée dans un connecteur fluidique,
    - Un réseau pneumatique agencé dans ledit boîtier (20) et comprenant une entrée pneumatique (IN2),
    - Caractérisé en ce que :
    - Ladite entrée pneumatique (IN2) est agencée dans un connecteur pneumatique adapté pour se connecter de manière étanche sur une sortie pneumatique auxiliaire (OUT_aux) dudit dispositif micro-fluidique,
    - Une membrane (24) déformable élastique est agencée dans ledit réservoir (21) et forme une interface étanche pour isoler le réseau fluidique du réseau pneumatique,
    - Ledit dispositif est composé d'un assemblage de plusieurs substrats superposés dans lequel ladite membrane forme l'un desdits substrats.
  2. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte au moins une première face sur laquelle débouche ladite entrée pneumatique (IN2) et une deuxième face sur laquelle débouche ladite sortie fluidique (OUT2) et en ce que ladite première face et ladite deuxième face sont parallèles.
  3. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (24) est fabriquée dans un matériau déformable tel qu'un élastomère de la famille des silicones.
  4. Dispositif d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un film (25) agencé sur ledit boîtier (20) pour obturer ladite sortie fluidique (OUT2) et ladite entrée pneumatique (IN2).
  5. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit réseau pneumatique comporte un canal (23) connecté sur ladite entrée pneumatique (IN2) et débouchant dans ledit réservoir (21).
  6. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit réseau fluidique comporte un canal reliant ledit réservoir à ladite sortie fluidique (OUT2).
  7. Système micro-fluidique comprenant un dispositif micro-fluidique (1) qui comporte un réseau fluidique comprenant une entrée fluidique (IN1) pour recevoir un échantillon fluidique et un réseau pneumatique comprenant au moins une entrée pneumatique auxiliaire (IN_aux) destinée à être connectée sur une source d'alimentation pneumatique (3) et une sortie pneumatique auxiliaire (OUT_aux) communiquant avec ladite entrée pneumatique auxiliaire, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'injection (2) de fluide tel que défini dans l'une des revendications 1 à 8, ladite entrée pneumatique (IN2) du dispositif d'injection (2) étant configurée pour se connecter sur ladite sortie pneumatique auxiliaire (OUT_aux) du dispositif micro-fluidique (1) et ladite sortie fluidique (OUT2) du dispositif d'injection (2) étant configurée pour se connecter sur l'entrée fluidique (IN1) du dispositif micro-fluidique (1).
  8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réseau pneumatique du dispositif micro-fluidique (1) comporte une entrée pneumatique de commande (15) destinée à être connectée à une source d'alimentation pneumatique (3).
  9. Système selon la revendication 8, caractérisé en que le réseau fluidique du dispositif micro-fluidique comporte plusieurs vannes fluidiques actionnables grâce audit réseau pneumatique, via ladite entrée pneumatique de commande par laquelle est générée une force pneumatique.
  10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque vanne fluidique comporte une capsule micro-fluidique (13) actionnable entre un premier état fermé bloquant l'écoulement d'un fluide et un deuxième état ouvert autorisant l'écoulement dudit fluide.
  11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif micro-fluidique comporte au moins une membrane (12) déformable agencée dans chaque capsule (13) et actionnable entre deux états par ladite force pneumatique.
  12. Procédé d'injection d'un échantillon fluidique dans un dispositif micro-fluidique (1) qui comporte un réseau fluidique comprenant une entrée fluidique (IN1) pour recevoir un échantillon fluidique et un réseau pneumatique comprenant au moins une entrée pneumatique auxiliaire (IN_aux) destinée à être connectée sur une source d'alimentation pneumatique (3) et une sortie pneumatique auxiliaire (OUT_aux) communiquant avec ladite entrée pneumatique auxiliaire, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre à l'aide d'un dispositif d'injection (2) tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6, le réservoir (21) dudit dispositif d'injection (2) comprenant ledit échantillon fluidique (22), et en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    - Connexion du dispositif d'injection (2) sur le dispositif micro-fluidique en connectant la sortie fluidique (OUT2) du dispositif d'injection (2) sur l'entrée fluidique (IN1) du dispositif micro-fluidique (1) et l'entrée pneumatique (IN2) du dispositif d'injection (2) sur la sortie pneumatique auxiliaire (OUT_aux) du dispositif micro-fluidique (1),
    - Connexion de l'entrée pneumatique auxiliaire (IN_aux) du dispositif micro-fluidique sur une source d'alimentation pneumatique (3),
    - Application d'une force pneumatique à travers l'entrée pneumatique auxiliaire (IN_aux) du dispositif micro-fluidique (1) et le réseau pneumatique du dispositif d'injection (2) de manière à injecter l'échantillon fluidique (22) dans le réseau fluidique du dispositif micro-fluidique (1) via la sortie fluidique (OUT2) du dispositif d'injection (2) et l'entrée fluidique (IN1) du dispositif micro-fluidique (1).
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