EP4126322A1 - Procede pour generer un ecoulement dans une microgoutte et dispositif pour la mise en oeuvre du procede - Google Patents

Procede pour generer un ecoulement dans une microgoutte et dispositif pour la mise en oeuvre du procede

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EP4126322A1
EP4126322A1 EP21713562.3A EP21713562A EP4126322A1 EP 4126322 A1 EP4126322 A1 EP 4126322A1 EP 21713562 A EP21713562 A EP 21713562A EP 4126322 A1 EP4126322 A1 EP 4126322A1
Authority
EP
European Patent Office
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microdrop
frequency
resonator
layer
hbar
Prior art date
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Granted
Application number
EP21713562.3A
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German (de)
English (en)
Other versions
EP4126322B1 (fr
Inventor
Etienne HERTH
Thomas Baron
Philippe Brunet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Nationale Superieure de Mecanique et des Microtechniques
Universite Paris Cite
Universite Paris Saclay
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Nationale Superieure de Mecanique et des Microtechniques
Universite Paris Cite
Universite Paris Saclay
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Nationale Superieure de Mecanique et des Microtechniques, Universite Paris Cite, Universite Paris Saclay filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4126322A1 publication Critical patent/EP4126322A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP4126322B1 publication Critical patent/EP4126322B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/302—Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets
    • B01F33/3021—Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets the components to be mixed being combined in a single independent droplet, e.g. these droplets being divided by a non-miscible fluid or consisting of independent droplets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0436—Operational information
    • B01F2215/0445—Numerical electrical values, e.g. intensity, voltage

Definitions

  • the invention relates to the field of handling and processing of droplet scale fluids, such as handling, mixing and / or preparing samples in microfluidics.
  • the invention relates more particularly to a method which makes it possible to generate a flow in a microdrop of fluid, that is to say which makes it possible to generate a movement in the microdrop in order to mix (or more generally agitate) the particles contained in it. -this.
  • a "microdrop”, “droplet” or “small volume” drop will be understood to mean a drop of fluid whose volume is of the order of a microliter or a few microliters.
  • fluid will denote a liquid, an emulsion or a colloidal solution.
  • the invention makes it possible to intensify the chemical and biochemical reactions and / or to produce micro-mixtures inside a microdrop.
  • the invention finds particular application in the manipulation of minute quantities of fluid, in particular in the laboratory in the field of biotechnology, for example for new generation sequencing (NGS).
  • NGS new generation sequencing
  • the fluids to be handled can be pure substances or mixtures of substances. They can also be fluids with suspended microparticles which must be subjected to targeted further processing in the fields of chemical analysis, medical technology and biotechnology.
  • MEMS microsystem mechanical technology
  • This approach allows for the controlled manipulation of small volumes of reaction mixtures and allows for rapid separation or mixing of complex sample molecules facilitating analysis.
  • Document DE 196 11 270 discloses an apparatus (micro mixer) comprising a micro injection pump and several inlet channels into which are introduced the microdrops of fluids to be mixed or treated, as well as an outlet opening of the. apparatus by which a micro drop of mixed fluids is ejected.
  • Also known from document US 2002/0009015 is a device comprising microchannels in each of which a microdrop to be treated can be placed.
  • a transducer, placed near the microdrop, makes it possible to generate acoustic waves promoting movement of the fluid in the droplet contained in a microchannel.
  • Such a device does not make it possible to control the flow inside the droplet.
  • this device has two limitations which come into play: the limitation of the devices to operating frequencies below 100 MHz, and the constraint that it is necessary to operate with a piezoelectric substrate on which metal electrodes must be manufactured by expensive devices. .
  • the subject of the invention is a method which overcomes the drawbacks mentioned above and for this purpose relates to a method for generating agitation in a microdrop of fluid, the volume of which is preferably greater than a few tens of nanoliters, using a device.
  • acoustic wave actuator said actuator device comprising a support on which said microdrop of fluid is deposited and taken, a resonator capable of converting an electrical sinusoidal signal applied at its terminals into acoustic waves.
  • the resonator of the actuator device used is of the volume wave type with high harmonic modes HBAR, the HBAR resonator having a quality factor Q of at least 100 in l 'air and comprising said support, said support being substantially flat and coated with a layer of dielectric material, in that said resonator is associated with a modular electronic device capable of generating said high-frequency waves, and in that it comprises the following steps :
  • the process according to the invention makes it possible to generate specific flows that can be chosen.
  • the HBAR resonator allows the user to choose a frequency from a panel of frequencies, unlike the resonators implemented in current solutions:
  • the process according to the invention may also include the following characteristics taken separately or in combination:
  • the quality factor Q of the HBAR resonator is preferably substantially at least 1000 in air
  • the actuator device can be encapsulated in said layer of dielectric material
  • hydrophobic will be understood to mean the quality of a material for repelling a fluid comprising water, since it does not have the capacity to create hydrogen bonds with the molecules of water.
  • the hydrophobic character of a material with respect to a fluid comprising water is defined by a characteristic contact angle. This angle measured between the surface of the hydrophobic material and the tangent to the surface of the drop of fluid at the point of contact with the surface of the material is greater than 90 ° (measured for example with a KRUSS DSA100 goniometer).
  • the hydrophobic nature of the support allows the microdrop of fluid to be easily recovered by capillary action after generation of agitation.
  • the hydrophobic nature of the support also makes it possible to reduce the contact surface between the microdrop to be treated and the support on which it rests, which limits the rise in temperature of the microdrop and its evaporation when it receives high frequency acoustic waves.
  • the hydrophobic nature of the support of the microdrop to be treated makes the implementation of the method according to the invention sustainable.
  • said layer of dielectric material may comprise polyparaxylylene,
  • - Said layer of dielectric material may have a thickness of between substantially 100 nm and 40 ⁇ m, preferably between 2.5 ⁇ m and 10 ⁇ m,
  • the frequency of the electrical sinusoidal signal generated by the modular electrical device can be chosen before depositing my microdrop on the support by measuring the quality factor Q in the air of said actuator device obtained by varying the frequency of the sinusoidal signal and by retaining the frequency which makes it possible to obtain the highest quality factor Q in the air,
  • the chosen frequency may be between 400 MHz and 1 GHz, - said microdrop may have a volume of at least substantially 1 pL.
  • the invention also relates to an actuator device for implementing the method as defined above, comprising a support on which said microdrop of fluid can be deposited and withdrawn, a resonator capable of converting an electrical sinusoidal signal applied to its terminals. in acoustic waves, said resonator being designed to be associated with a modular electronic device capable of generating said high frequency waves.
  • the actuator device is remarkable in that said resonator is of the HBAR high harmonic mode volume wave type and has a quality factor Q of at least 100 in air and in that said resonator comprises said support, said support being substantially flat and coated with a layer of dielectric material.
  • the actuator device may also have the following characteristics, taken separately or in combination:
  • said HBAR resonator can have a quality factor Q of preferably at least approximately 1000 in air, - the device can be encapsulated in said layer of dielectric material,
  • said layer of dielectric material may be hydrophobic
  • said layer of dielectric material may comprise polyparaxylylene
  • - Said layer of dielectric material has a thickness of between substantially 100 nm and 40 ⁇ m, preferably between 2.5 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a device according to the invention, allowing the implementation of the method according to the invention
  • FIG. 2 illustrates part of the device according to the invention, shown in perspective, thus showing a first configuration of the device according to the invention
  • FIG. 3 illustrates the part of the device shown in Figure 2 associated with another part of the device according to the invention, shown in perspective, thus showing a second configuration of the device according to the invention
  • FIG. 4 is a photograph illustrating an example of a first form of agitation obtained by the process according to the invention at 252 MHz
  • FIG. 5 is a photograph illustrating an example of a second form of agitation obtained by the process according to the invention at 144 MHz;
  • FIG. 6 is a photograph illustrating another example of a form of agitation obtained by the process according to the invention at 425MHz;
  • FIG. 7 is a diagram showing the evolution of the reflection coefficient S11 (in dB) as a function of the volume of the microdrop deposited on the surface of the support of the actuator device according to the second configuration of the invention, the support being covered with a layer of Parylene;
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the quality factor obtained with the device according to the second configuration of the invention when there is no microdrop on the support and when a 10 pl_ or 60 mI_ microdrop is positioned on the support. of the device, at different frequencies;
  • FIG. 9 is a double diagram illustrating the measurements of the reflection coefficient S11 and of the transmission coefficient S12 of the HBAR resonator, with Parylene RP and without Parylene R0 as a function of frequency.
  • Figure 1 shows a device according to the invention which allows the implementation of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an actuator device 1 making it possible to generate agitation in a microdrop of fluid.
  • the microdrops have a volume varying from 10 ⁇ L to 60 ⁇ L: the volume of the microdrops to which the process is applied is thus greater than a few tens of nanoliters.
  • the actuator device makes it possible to generate agitation in a microdrop of fluid thanks to the generation of acoustic waves.
  • the actuator device 1 comprises a support 2 on which a microdrop 3 is deposited.
  • the support 2 is substantially flat to facilitate the deposition and removal of the microdrop with a micropipette (micropipette not shown) or co-integrated with a microfluidic system. Indeed, it is easier to deposit and take up a microdrop on a flat support than on a concave support or with side walls.
  • the support 2 comprises a layer of hydrophobic dielectric material 4: in this way, the microdrop deposited on the support does not spread over it and can be removed after stirring. The contact between the microdrop 3 and the support is then reduced.
  • the layer of dielectric material 4 comprises polyparaxylylene, better known under the name of Parylene.
  • Parylene is a polymer which is in the form of a film deposited on a support by a vacuum deposition technique, after evaporation and transformation of its precursor.
  • Parylene has the advantage of being optically transparent and an electrical insulator. It also has the particularity of being deposited by chemical deposition compliant and compatible with MEMS manufacturing technology. Parylene is used here for the encapsulation of a microelectronic system of the HBAR resonator type in coupled mode, which makes it possible to isolate it, to make it watertight, to protect it from mold and other natural degradations that could affect its performance.
  • Parylene also makes it possible to protect a resonator in the actuator device (which will be described below) from a reaction volume and vice versa. Finally, it ensures the transmission of acoustic waves which are at the origin of the generation of agitation (or flow) in the microdrop.
  • the device thus also comprises a resonator 5 ensuring the generation of acoustic waves.
  • the resonator 5 is a resonator of the wave type with high harmonic modes HBAR (for High overtone Bulk Acoustic Resonator): this resonator is capable of converting an electrical sinusoidal signal S applied at its terminals 51 and 52 into acoustic waves OA.
  • Part of the HBAR resonator 5 is illustrated more precisely in FIG. 2.
  • FIG. 2 illustrates a first configuration of the device according to the invention.
  • This part of the resonator has a piezoelectric transducer with a quality factor of at least 1000 in air and it is made with the following elements:
  • a first layer 6 of a piezoelectric (Quartz, UNB03, GaAs, LiTa03, etc.) or non-piezoelectric material (example: Silicon, Sapphire, Glass, etc.),
  • a second layer 7 of piezoelectric materials (UNB03, ZnO, ALN etc ).
  • Two electrodes 9 and a ground are arranged on the second layer 7 (double port), and a PCB plate 10 (printed circuit).
  • the electrodes 9 are linked to the PCB plate 10 (printed circuit) via conductive links 11 (or connectors).
  • the set of elements of the HBAR resonator 5 located above the PCB plate has a width of substantially 2 mm and a length of substantially 2 mm.
  • the active surface which forms the support 2 on which a microdrop of fluid can be placed, is equivalent to 1 mm 2 . It can also be lower.
  • the active surface can be sized according to the volume of liquid and / or the microfluidic system.
  • the size of the electrodes is dimensioned so as to adapt in electrical impedance to 50 Ohm and it also depends on the frequency band.
  • the quality factor depends on the surface condition, the parallelism of the surface.
  • the work surface can be adapted according to the volume of the microdrop.
  • the electrodes and the ground are linked to the PCB plate 10 (printed circuit) via the conductive links 11 as shown in FIG. 2.
  • This embodiment of a device according to the invention makes it possible to operate in one port (reflection measurement) and / or two ports (transmission measurement).
  • the microdrop is then deposited on the aluminum electrode (forming the support 2).
  • FIG. 3 The embodiment of another device according to the invention, shown in FIG. 3, makes it possible to operate with one and / or two ports: according to this embodiment, the part of the HBAR resonator 5 is turned over to be fixed (by means of conductive balls 53) on the PCB plate 10 having two ports 54 and 55.
  • This embodiment therefore allows operation in one / and or two ports, which makes it possible in particular to carry out measurements in reflection and / or in transmission. More exactly, port 54 (or port 55) makes it possible to determine the reflection coefficient of the resonator and ports 54 and 55 make it possible to determine the transmission coefficient of the resonator.
  • the electrode 8 located between the piezoelectric layer and the substrate can be used either at a reference potential or to remain at a floating potential.
  • This type of device is certainly more complex to produce (because it requires additional steps), but it makes it possible to increase the quality factor tenfold.
  • the microdrop is placed on the part consisting of the piezoelectric layer 7 and the layer of hydrophobic dielectric material 4.
  • the microdrop is placed on the part consisting of quartz 6 covered with the dielectric layer 4 (hydrophobic material), that is to say above the upper part of the The assembly illustrated in FIG. 3.
  • dielectric layer 4 hydrophobic material
  • HBAR resonator can transform waves at multiple frequencies ranging from 100MHz to 4 GHz, unlike other forms of transducers which are only operational at a single frequency
  • the acoustic waves are emitted via the HBAR resonator from high frequency waves which are transmitted to it via a modular electronic device 12.
  • This transmission device is symbolically represented in FIG. 1 in the lower part of the device.
  • the resonator 5 is entirely covered with a layer of Parylene having a thickness which may be between 100 nm and 15 ⁇ m.
  • the thickness of the Parylene layer 4 is between 2.5 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • the thickness of the Parylene layer has consequences on the value of the quality factor of the device according to the invention: it is thus determined as a consequence of the expected performance of the device according to the invention produced.
  • Figure 9 relates the consequences of the presence of a layer of Parylene or not on the HBAR 5 resonator on the reflection coefficient S11 and the transmission coefficient S12 of the HBAR resonator:
  • the R0 plot is that obtained for the HBAR 5 resonator without a Parylene layer while the RP plot is that obtained for the HBAR 5 resonator covered with Parylene.
  • the HBAR resonator 5 coated with Parylene (RP) exhibits a weaker electrical signal than that uncoated with Parylene (R0).
  • the resonator 5 thus designed and covered with a layer of Parylene exhibits a quality factor in air of at least 500 (see FIG. 8): the points indicated by the reference "0". ”In the diagram indicate a quality factor of at least 1200 for applied frequencies ranging from 490 to 550 MHz.
  • the HBAR resonator has a quality factor of 2000 in air.
  • the HBAR resonator covered with Parylene will preferably be used at a frequency between 510 and 540 MHz (see quality factors exceeding 2500 in air for resonators referenced "0" - resonators whose quality factors are tested without microdrop on the support).
  • the method aims to generate agitation in a microdrop to ensure mixing of the particles in the microdrop without contact or pressure on the microdrop.
  • the size of the microdrop in which the agitation will be created may be important: in fact, depending on the size of the microdrop, the quality factor of the HBAR 5 resonator is also modified.
  • FIG. 7 shows that the microdrops M1, the volume of which is substantially 60 pL, vary the quality factor of the HBAR resonator 5 in a different way compared to the microdrops M2, the volume of which is substantially 10 pL.
  • Reference 0 indicates that the measurement was made without microdrop.
  • the device is thus tested, prior to its implementation with a microdrop, at different frequencies by modulating (by varying) the high-frequency waves sent to the HBAR resonator 5 by the modular electronic device.
  • the quality factors obtained at these different frequencies are measured in parallel.
  • the frequency retained (or chosen) for the implementation of the device is the frequency which makes it possible to obtain the best quality factor, that is to say the highest quality factor.
  • a microdrop of fluid is deposited on the support 2 with a micropipette.
  • the volume of the microdrop of fluid is therefore, for example, 10 ⁇ L for M2 and 60 ⁇ L for M1.
  • the modular electronic device is controlled so that it generates an electrical sinusoidal signal at the chosen frequency.
  • This signal is transmitted to the HBAR 5 resonator which transforms it into high frequency acoustic waves.
  • the high-frequency acoustic waves then have a resonance suitable for generating agitation in the microdrop.
  • Figure 4 is a photograph of an agitation obtained in a 60 ⁇ L microdrop 3 with a frequency of 252 MHz (5 dBm): it is noted that the resonance causes in the microdrop two agitation spaces 13 and 14 of different shapes, substantially in the center of the microdrop 3.
  • the frequency chosen by means of the modular electronic device 12 it is possible to obtain different forms of agitation.
  • figure 5 is a photograph illustrating another form of agitation in the microdrop 3 of 60mI_, obtained by modifying the chosen frequency emitted by the electronic device 12 to 144 MHz (5 dBm): two spinning agitations 15 and 16 are form starting substantially from a median plane of the microdrop towards the internal edges of the microdrop 3.
  • the device according to the invention and its implementation according to the method according to the invention make it possible to generate and combine several agitations in microdrops of fluid without having to manipulate the microdrops between them. It should however be understood that the examples given below are not limiting for the invention: in particular, the device could be implemented with different microdrop volumes and the method could be implemented at different frequency ranges. from those shown in the diagrams.
  • Such a device according to the invention allows the optimal mixing of fluid with one or more reagents, without using an external mixer in contact with the environment of the liquid.
  • the invention promotes good thermal conductivity (use of Quartz-Silicon substrates), low power injected (about 1 mW to 1 W) and temperature gradients in the mixed system minimized.
  • the device can be produced according to dimensions such that it is compact: in fact, while the known resonators of the SAW type (operating at 434 MHz) can be produced on a Quartz substrate occupying a surface of approximately 6 to 10 mm 2 , the HBAR resonator 5 of the device according to the invention requires only one tenth of this area at the same frequency.

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Abstract

L'invention concerne notamment un procédé pour générer une agitation dans une microgoutte de fluide (3) dont le volume est de préférence supérieur à quelques dizaines de nanolitres, mettant en œuvre un dispositif actionneur (1) comprenant un résonateur du type à ondes de volumes à modes harmoniques élevés HBAR (5) présentant un facteur de qualité Q d'au moins 100 dans l'air et comportant un support (2) qui est sensiblement plat et revêtu d'une couche de matériau diélectrique (4). Le résonateur HBAR (5) est associé à un dispositif électronique modulable (12) apte à générer des ondes hautes fréquences. Le procédé prévoit le dépôt, sur ledit support (2), d'une microgoutte de fluide (3), la génération d'un signal sinusoïdal électrique (S) par commande du dispositif électronique modulable (12) à une fréquence choisie, ladite fréquence étant comprise entre 100 MHz et 4 GHz, et transformation du signal sinusoïdal électrique (S) présentant ladite fréquence choisie en ondes hautes fréquences acoustique (OA) par ledit résonateur HBAR (5).

Description

PROCEDE POUR GENERER UN ECOULEMENT DANS UNE MICROGOUTTE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN ŒUVRE DU PROCEDE
L’invention concerne le domaine de la manipulation et du traitement de fluides à l’échelle de gouttelettes, tels que la manipulation, le mélange et/ ou la préparation d’échantillons en micro fluidique.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé qui permet de générer un écoulement dans une microgoutte de produit fluide, c’est-à-dire qui permet de générer un mouvement dans la microgoutte pour mélanger (ou plus généralement agiter) les particules contenues dans celle-ci. On comprendra par « microgoutte », « gouttelette » ou goutte « de petit volume » une goutte de fluide dont le volume est de l’ordre du microlitre ou de quelques microlitres.
Le mot « fluide » désignera un liquide, une émulsion ou une solution colloïdale.
L’invention permet d’intensifier les réactions chimiques et biochimiques et/ou de réaliser des micro-mélanges à l’intérieur d’une microgoutte. L'invention trouve une application particulière dans la manipulation de quantités infimes de fluide, en particulier en laboratoire dans le domaine de la biotechnologie, par exemple pour le séquençage nouvelle génération (NGS).
Les fluides à manipuler peuvent être des substances pures ou des mélanges de substances. Il peut s’agir également de fluides comportant des microparticules en suspension qui doivent être soumis à un traitement ultérieur ciblé dans les domaines de l’analyse chimique, de la technologie médicale et de la biotechnologie.
L'émergence de systèmes miniaturisés utilisant la technologie microsystème mécanique (MEMS) conventionnelle a été une étape importante dans le développement de dispositifs médicaux, de capteurs ou autres dispositifs micro-électroniques. Certaines applications nécessitent de mélanger de petites quantités de fluides entre elles (de l’ordre du microlitre ou de quelques microlitres) ou de déplacer, mélanger, des particules contenues dans une microgoutte de produit prélevé, par exemple.
On sait aujourd’hui comment générer et manipuler, de façon parallélisée et automatisée, des gouttelettes dans des micro-canaux de dispositifs de laboratoire (par exemple du type laboratoires sur puce). On sait également effectuer des réactions biochimiques au sein de microgouttelettes. Ces techniques ont inspiré le développement de plates- formes polyvalentes pour de nombreuses applications allant du diagnostic moléculaire à la synthèse organique. Dans les dispositifs connus, la gouttelette fonctionne comme un site de réactions miniaturisé, avec un contrôle précis des conditions stoechiométriques.
Cette approche permet la manipulation contrôlée de petits volumes des mélanges réactionnels et permet la séparation ou le mélange rapide de molécules d’échantillons complexes facilitant l’analyse.
La possibilité de générer des gouttelettes à très haut débit (fréquence de 100kHz à quelques centaines de MHz) facilite les expériences précédemment rendues impossibles en raison de la contrainte pratique sur le nombre de réactions pouvant être effectuées en utilisant les technologies de paillasse traditionnelles. Cependant, un problème rencontré lors de la manipulation de petits volumes de fluide consiste à mélanger efficacement différents fluides ensemble : En raison du confinement, les écoulements dans une microgoutte sont essentiellement régis par les contraintes visqueuses et les forces de tension de surface de la microgoutte. Le mélange de gouttelettes peut ainsi être très limité dans les dispositifs micro-fluidiques (100 pL ou moins).
Dans certains cas, il est souhaitable d’ajouter un petit volume de réactif à une gouttelette d'échantillon afin de faciliter son analyse sans le diluer de manière substantielle. Dans de tels cas, il est difficile de mélanger l’échantillon et le réactif car les écoulements dans la gouttelette d’échantillon sont trop faibles. II existe donc un besoin pour une technique permettant de réaliser un mélange satisfaisant, c’est-à-dire un mélange où l’on ne serait plus en mesure de distinguer l’échantillon et le produit réactif.
On connaît du document DE 196 11 270 un appareil (micro mélangeur) comprenant une pompe de micro injection et plusieurs canaux d’entrée dans lesquels sont introduites les microgouttes de fluides à mélanger ou à traiter, ainsi qu’une ouverture de sortie de l’appareil par laquelle est éjectée une micro goutte de fluides mélangés.
On connaît également du document US 2002/0009015 un dispositif comprenant des micro-canaux dans chacun desquels une microgoutte à traiter peut-être placée. Un transducteur, placé à proximité de la microgoutte, permet de générer des ondes acoustiques favorisant un mouvement du fluide dans la gouttelette contenue dans un micro canal.
Un tel dispositif ne permet pas de contrôler l’écoulement à l'intérieur de la gouttelette.
On connaît également du document United States Patent Application 20120028293 un dispositif de mélange dans une petite quantité de fluide sous forme d’une goutte posée sur un substrat piézoélectrique, sur lequel des électrodes en peignes interdigités sont alimentées en tension à une fréquence de l’ordre de quelques MHz.
Néanmoins, ce dispositif a deux limitations qui entrent enjeu : la limitation des dispositifs à des fréquences d’opération inférieures à 100 MHz, et la contrainte qu’il faille opérer avec un substrat piézoélectrique sur lequel des électrodes métalliques doivent être fabriquées par des dispositifs coûteux.
On connaît également du document United States Patent Application 20090206171 un dispositif de concentration, de resuspension et de mélange dans une petite quantité de fluide sous forme d'une goutte posée sur un substrat piézoélectrique, sur lequel des électrodes en peignes interdigités sont alimentées en tension à une fréquence de l’ordre de 10 à 1000 MHz.
Par ailleurs, les dispositifs décrits dans de tels documents ne sont pas satisfaisants car soit ils sont trop complexes à mettre en œuvre, soit ils ne permettent pas de récupérer facilement la microgoutte traitée. L'invention a pour objet un procédé qui pallie les inconvénients cités ci-dessus et concerne à cet effet un procédé pour générer une agitation dans une microgoutte de fluide dont le volume est de préférence supérieur à quelques dizaines de nanolitres, mettant en œuvre un dispositif actionneur par ondes acoustiques, ledit dispositif actionneur comprenant un support sur lequel ladite microgoutte de fluide est déposée et prélevée , un résonateur apte à convertir un signal sinusoïdal électrique appliqué en ses bornes en ondes acoustiques.
Conformément à l’invention, ledit procédé est remarquable en ce que le résonateur du dispositif actionneur mis en œuvre est de type à ondes de volumes à modes harmoniques élevés HBAR, le résonateur HBAR présentant un facteur de qualité Q d’au moins 100 dans l’air et comportant ledit support, ledit support étant sensiblement plat et revêtu d’une couche de matériau diélectrique, en ce que ledit résonateur est associé à un dispositif électronique modulable apte à générer lesdites ondes hautes fréquences, et en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- dépôt sur ledit support d’une microgoutte de fluide, - génération d’un signal sinusoïdal électrique par commande du dispositif électronique, ledit signal sinusoïdal électrique généré présentant une fréquence choisie au moyen du dispositif électronique modulable, ladite fréquence étant comprise entre 100 MHz et 4 GHz, - transformation du signal sinusoïdal présentant ladite fréquence choisie en ondes hautes fréquences acoustique par ledit résonateur, les ondes hautes fréquences présentant une résonance propre générant une agitation donnée dans la microgoutte.
Ainsi réalisé, le procédé conforme à l’invention permet de générer des écoulements particuliers et que l’on peut choisir. En effet, le résonateur HBAR permet à l’utilisateur de choisir une fréquence parmi un panel de fréquences, contrairement aux résonateurs mis en œuvre dans les solutions actuelles : Ainsi, grâce à la solution conforme à l’invention, on peut ainsi choisir l’écoulement adapté à l’essence du fluide traité car chaque fréquence génère un écoulement particulier. Par ailleurs, il est possible de récupérer la microgoutte traitée assez aisément car la microgoutte ne présente que peu de contact avec le support du dispositif mis en œuvre dans le procédé conforme à l’invention : grâce à la présence de la couche de traitement de surface du résonateur HBAR, la microgoutte de fluide n’a que peu d’adhérence avec le support et peut être simplement prélevée après traitement. Le procédé conforme à l’invention peut également comprendre les caractéristiques suivantes prises séparément ou en combinaison :
- le facteur de qualité Q du résonateur HBAR est de préférence sensiblement d’au moins 1000 dans l’air,
- le dispositif actionneur peut être encapsulé dans ladite couche de matériau diélectrique,
- ladite couche de matériau diélectrique peut être hydrophobe : On comprendra par « hydrophobe » la qualité d’un matériau à repousser un fluide comportant de l'eau, car il n’a pas la capacité de créer des liaisons hydrogène avec les molécules d’eau. Le caractère hydrophobe d’un matériau au regard d’un fluide comportant de l’eau se définit par un angle de contact caractéristique. Cet angle mesuré entre la surface du matériau hydrophobe et la tangente à la surface de la goutte de fluide au point de contact avec la surface du matériau est supérieur à 90° (mesuré par exemple avec un goniomètre KRUSS DSA100).
Le caractère hydrophobe du support permet de récupérer facilement par capillarité la microgoutte de fluide après génération de l’agitation.
Le caractère hydrophobe du support permet également de réduire la surface de contact entre la microgoutte à traiter et le support sur lequel elle repose, ce qui limite la montée en température de la microgoutte et son évaporation quand elle reçoit les ondes acoustiques hautes fréquences. Ainsi le caractère hydrophobe du support de la microgoutte à traiter pérennise la mise en œuvre du procédé selon l’invention. - ladite couche de matériau diélectrique peut comporter du polyparaxylylène,
- ladite couche de matériau diélectrique peut présenter une épaisseur comprise entre sensiblement 100 nm et 40 pm, de préférence entre 2,5 pm et 10 pm,
- la fréquence de signal sinusoïdal électrique généré par le dispositif électrique modulable peut être choisie avant le dépôt de ma microgoutte sur le support en mesurant le facteur de qualité Q dans l’air dudit dispositif actionneur obtenu en faisant varier la fréquence du signal sinusoïdal et en retenant la fréquence qui permet d’obtenir le facteur de qualité Q dans l’air le plus élevé,
- la fréquence choisie peut être comprise entre 400 MHz et 1 GHz, - ladite microgoutte peut présenter un volume d’au moins sensiblement 1 pL.
L’invention concerne également un dispositif actionneur pour la mise en œuvre du procédé tel que défini ci-avant, comprenant un support sur lequel ladite microgoutte de fluide peut être déposée et prélevée, un résonateur apte à convertir un signal sinusoïdal électrique appliqué en ses bornes en ondes acoustiques, ledit résonateur étant conçu pour être associé à un dispositif électronique modulable apte à générer lesdites ondes hautes fréquences. Le dispositif actionneur est remarquable en ce que ledit résonateur est de type à ondes de volumes à modes harmoniques élevés HBAR et présente un facteur de qualité Q d’au moins 100 dans l’air et en ce que ledit résonateur comporte ledit support, ledit support étant sensiblement plat et revêtu d’une couche de matériau diélectrique.
Le dispositif actionneur peut également comporter les caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- ledit résonateur HBAR peut présenter un facteur de qualité Q de préférence au moins sensiblement 1000 dans l’air, - le dispositif peut être encapsulé dans ladite couche de matériau diélectrique,
- ladite couche de matériau diélectrique peut être hydrophobe,
- ladite couche de matériau diélectrique peut comporter du polyparaxylylène,
- ladite couche de matériau diélectrique présente une épaisseur comprise entre sensiblement 100 nm et 40 pm, de préférence entre 2,5 pm et 10 pm. L'invention sera davantage comprise au regard d'un mode de réalisation qui va maintenant être présenté en faisant référence aux figures annexées parmi lesquelles :
[Fig. 1] est une représentation schématique d’un dispositif conforme à l’invention, permettant la mise en œuvre du procédé conforme à l’invention, [Fig. 2] illustre une partie du dispositif conforme à l’invention, montré en perspective, montrant ainsi une première configuration du dispositif conforme à l’invention,
[Fig. 3] illustre la partie du dispositif montrée en figure 2 associée à une autre partie du dispositif conforme à l’invention, montrées en perspective, montrant ainsi une seconde configuration du dispositif conforme à l’invention,
[Fig. 4] est une photographie illustrant un exemple de première forme d’agitation obtenue grâce au procédé conforme à l’invention à 252MHz,
[Fig. 5] est une photographie illustrant un exemple d’une seconde forme d’agitation obtenue grâce au procédé conforme à l’invention à 144 MHz ;
[Fig. 6] est une photographie illustrant un autre exemple de forme d’agitation obtenue grâce au procédé conforme à l’invention à 425MHz ;
[Fig. 7] est un schéma montrant l’évolution du coefficient de réflexion S11 (en dB) en fonction du volume de la microgoutte déposée sur la surface du support du dispositif actionneur conforme à la seconde configuration de l’invention, le support étant recouvert d'une couche de Parylène ;
[Fig. 8] est un schéma illustrant le facteur de qualité obtenu avec le dispositif conforme à la seconde configuration de l'invention quand il n’y a aucune microgoutte sur le support et quand une microgoutte de 10 pl_ ou de 60 mI_ est positionnée sur le support du dispositif, à différentes fréquences ; et
[Fig. 9] est un double schéma illustrant les mesures du coefficient de réflexion S11 et du coefficient de transmission S12 du résonateur HBAR, avec Parylène RP et sans Parylène R0 en fonction de la fréquence.
La figure 1 montre un dispositif conforme à l’invention qui permet la mise en œuvre du procédé conforme à l'invention.
Dans un premier temps, un dispositif conforme à l’invention va être décrit en faisant référence aux figures 1 et 2.
Puis, il sera fait référence au procédé conforme à l’invention et aux résultats obtenus en faisant référence aux figures 3 à 8.
La figure 1 montre un dispositif actionneur 1 permettant de générer une agitation dans une microgoutte de fluide.
Dans les exemples décrits, les microgouttes présentent un volume variant de 10 pL à 60 pL : le volume des microgouttes auxquels s’appliquent le procédé est ainsi supérieur à quelques dizaines de nanolitres. Le dispositif actionneur permet de générer une agitation dans une microgoutte de fluide grâce à la génération d’ondes acoustiques.
Le dispositif actionneur 1 comporte un support 2 sur lequel une microgoutte 3 est déposée. Le support 2 est sensiblement plat pour faciliter le dépôt et le retrait de la microgoutte avec une micropipette (micropipette non illustrée) ou co-intégré avec un système micro- fluidique. En effet, il est plus aisé de déposer et de reprendre une microgoutte sur un support plat que sur un support concave ou avec des parois latérales.
Le support 2 comporte une couche de matériau diélectrique 4, hydrophobe : de cette façon, la microgoutte déposée sur le support ne s’étale pas dessus et peut être prélevée après agitations. Le contact entre la microgoutte 3 et le support est alors réduit.
Plus exactement, la couche de matériau diélectrique 4 comporte du polyparaxylylène, plus connu sous le nom de Parylène.
Le Parylène est un polymère qui se présente sous la forme d’un film déposé sur un support par une technique de dépôt sous vide, après évaporation et transformation de son précurseur.
Le Parylène présente l’avantage d’être optiquement transparent et un isolant électrique. Il a également la particularité d’être déposé par dépôt chimique conforme et compatible avec la technologie des fabrications MEMS. Le Parylène est ici utilisé pour l’encapsulation d’un système microélectronique du type résonateur HBAR à mode couplé, ce qui permet de l’isoler, de le rendre étanche, de le protéger des moisissures et autres dégradations naturelles pouvant altérer ses performances.
Le Parylène permet également de protéger un résonateur que comporte le dispositif actionneur (qui sera décrit ci-après) d’un volume réactionnel et inversement. Il assure enfin la transmission d’ondes acoustiques qui sont à l’origine de la génération de l’agitation (ou écoulement) dans la microgoutte.
Le dispositif comporte ainsi également un résonateur 5 assurant la génération d’ondes acoustiques. Plus précisément, le résonateur 5 est un résonateur de type à ondes de volumes à modes harmoniques élevés HBAR (pour High overtone Bulk Acoustic Resonator) : ce résonateur est capable de convertir un signal sinusoïdal S électrique appliqué en ses bornes 51 et 52 en ondes acoustiques OA. Une partie du résonateur HBAR 5 est illustrée plus précisément en figure 2. Cette figure 2 illustre une première configuration du dispositif conforme à l’invention. Cette partie du résonateur comporte un transducteur piézoélectrique présentant un facteur de qualité d’au moins 1000 dans l’air et il est réalisé avec les éléments suivants :
Une première couche 6 d’un matériaux piézoélectrique (Quartz, UNB03, GaAs, LiTa03, etc...) ou non piézoélectrique (exemple : Silicium, Saphir, Verre etc..),
Une seconde couche 7 de matériaux piézoélectriques (UNB03, ZnO, ALN etc...),
Deux couches conductrices formant une seule couche 8, qui réalise une électrode prise en sandwich entre les couches 6 et 7,
Deux électrodes 9 et une masse sont disposées sur la seconde couche 7 (double port), Et une plaque PCB 10 (circuit imprimé).
Les électrodes 9 sont liées à la plaque PCB 10 (circuit imprimé) via des liaisons 11 conductrices (ou connecteurs).
L'ensemble des éléments du résonateur HBAR 5 situé au- dessus de la plaque PCB présente une largeur de sensiblement 2 mm et une longueur de sensiblement 2 mm.
La surface active, qui réalise le support 2 sur laquelle une microgoutte de fluide peut être posée, est équivalente à 1 mm2. Elle peut être également inférieure.
La surface active peut être dimensionné en fonction du volume de liquide et / ou du système micro-fluidique.
La taille des électrodes est dimensionnée de manière à adapter en impédance électrique à 50 Ohm et elle dépend également de la bande fréquence.
Il est à noter que plus la surface d’électrode est importante, plus il existe des risques de perdre en facteur de qualité.
Le facteur de qualité dépend de l’état de surface, du parallélisme de surface.
Toutefois, la surface de travail peut être adaptée en fonction de volume de la microgoutte.
Suivant un premier mode de réalisation, les électrodes et la masse sont liées à la plaque PCB 10 (circuit imprimé) via les liaisons 11 conductrices comme montré en figure 2. Ce mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention permet de fonctionner en un port (mesure en réflexion) et / ou deux ports (mesure en Transmission). La microgoutte est alors déposée sur l’électrode en aluminium (formant le support 2).
Le mode de réalisation d’un autre dispositif conforme à l’invention, montré en figure 3, permet de fonctionner avec un et / ou deux ports : suivant ce mode de réalisation, la partie du résonateur HBAR 5 est retournée pour être fixée (au moyen de billes conductrices 53) sur la plaque PCB 10 présentant deux ports 54 et 55.
Ce mode de réalisation permet donc un fonctionnement en un /et ou deux ports, ce qui permet notamment de réaliser des mesures en réflexion et/ ou en transmission. Plus exactement, le port 54 (ou le port 55) permet de déterminer le coefficient de réflexion du résonateur et les ports 54 et 55 permettent de déterminer le coefficient de transmission du résonateur.
Avec ce type de dispositif, l’électrode 8 située entre la couche piézoélectrique et le substrat peut être utilisée soit à un potentiel de référence soit de rester à un potentiel flottant.
Ce type de dispositif est certes plus complexe à réaliser (car il nécessite des étapes supplémentaires), mais il permet de décupler le facteur de qualité.
Dans le cadre de ce mode de réalisation, première configuration, la microgoutte est placée sur la partie constitué de la couche piézoélectrique 7 et de la couche de matériau diélectrique hydrophobe 4.
Dans le cadre de la seconde configuration montrée en figure 3, la microgoutte est placée sur la partie constituée de quartz 6 recouverte de la couche diélectrique 4 (matériau hydrophobe), c’est-à-dire au-dessus de la partie supérieure de l’ensemble illustré sur la figure 3. L’avantage de mettre en œuvre deux configurations, est qu’il permet de manipuler des liquides quel que soit leur nature (ex : des liquides à faible et / ou forte constante diélectrique).
L'avantage de mettre en œuvre un résonateur HBAR est qu’il permet de transformer des ondes à plusieurs fréquences allant de 100MHz à 4 GHz, contrairement à d’autres formes de transducteurs qui ne sont opérationnels qu’à une fréquence unique
Autrement dit, en utilisant le résonateur HBAR 5, il est possible de choisir la fréquence des ondes reçues et transformées en ondes acoustiques pour générer une agitation dans la microgoutte, ce choix n’étant pas possible avec les autres transducteurs.
Cette capacité à opérer à fréquence élevée, permet une dissipation optimale de l’énergie acoustique. En effet, d’après R. T. Beyer, Nonlinear Acoustics (Acoustical Society of America, New York, 1997), la longueur de dissipation dans l'eau pure de l’onde acoustique générée est de 4 mm à 100 MHz et de 40 microns à 1 GHz. Ainsi, dans la gamme de fréquence du dispositif HBAR, cette longueur d’atténuation est du même ordre ou inférieure à la taille typique d’une goutte, permettant un transfert d’énergie optimal entre l’onde et le fluide. Comme indiqué précédemment, les ondes acoustiques sont émises via le résonateur HBAR à partir d’ondes hautes fréquences qui lui sont transmises via un dispositif électronique modulable 12.
Ce dispositif de transmission est représenté symboliquement en figure 1 en partie inférieure du dispositif.
Bien que cela n’ait pas été représenté sur la figure 2 (pour une raison de facilité de lecture de la figure) le résonateur 5 est recouvert entièrement d’une couche de Parylène présentant une épaisseur pouvant être comprise entre 100 nm et 15 pm.
De préférence, l'épaisseur de la couche de Parylène 4 est comprise entre 2,5 pm et 10 pm.
L’épaisseur de la couche de Parylène a des conséquences sur la valeur du facteur de qualité du dispositif conforme à l’invention : elle est ainsi déterminée en conséquence des performances attendues du dispositif conforme à l’invention réalisé.
La figure 9 met en relation les conséquences de la présence d’une couche de Parylène ou non sur le résonateur HBAR 5 sur le coefficient de réflexion S11 et le coefficient de transmission S12 du résonateur HBAR :
Le tracé R0 est celui obtenu pour le résonateur HBAR 5 sans couche de Parylène alors que le tracé RP est celui obtenu pour le résonateur HBAR 5 recouvert de Parylène.
Des résonances multiples ont été mesurées dans une bande très large qui correspond aux valeurs des coefficients de réflexion et de transmission mesurées du résonateur HBAR 5 dans une gamme de fréquences allant de 100 KHz à 900 MHz.
Le résonateur HBAR 5 revêtu de Parylène (RP) présente un signal électrique plus faible que celui non revêtu de Parylène (R0).
Conformément à l’invention, on remarque que le résonateur 5 ainsi conçu et recouvert d’une couche de Parylène présente un facteur de qualité dans l’air d’au moins 500 (voir figure 8) : les points indiqués par la référence « 0 » sur le schéma indiquent un facteur de qualité d’au moins 1200 pour des fréquences appliquées allant de 490 à 550 MHz.
De préférence, le résonateur HBAR présente un facteur de qualité de 2000 dans l’air.
Ainsi, si l’on se réfère au schéma de la figure 8, le résonateur HBAR recouvert de Parylène sera de préférence mis en œuvre à une fréquence comprise entre 510 et 540 MHz (voir les facteurs qualités dépassant 2500 dans l'air pour les résonateurs référencés « 0 » - résonateurs dont les facteurs qualités sont testés sans microgoutte sur le support). Il va maintenant être fait référence au procédé de mise en œuvre du dispositif décrit ci- avant, conforme à l’invention.
Comme il a été expliqué, le procédé vise à générer une agitation dans une microgoutte pour assurer le mélange des particules dans la microgoutte sans contact ni pression sur la microgoutte.
Dans un premier temps, il convient de déterminer la fréquence du signal sinusoïdal choisi pour créer l'agitation.
Pour ce faire, la taille de la microgoutte dans laquelle sera créé l'agitation peut avoir son importance : en effet, suivant la taille de la microgoutte, le facteur de qualité du résonateur HBAR 5 est également modifié.
La figure 7 montre que les microgouttes M1 dont le volume est sensiblement de 60 pL font varier le facteur de qualité du résonateur HBAR 5 de façon différente en comparaison aux microgouttes M2 dont le volume est sensiblement de 10pL. La référence 0 indique que la mesure a été faite sans microgoutte.
Pour la mise en œuvre du dispositif, on teste ainsi le dispositif, préalablement à sa mise en œuvre avec une microgoutte, à différentes fréquences en modulant (en faisant varier) les ondes hautes fréquences envoyées au résonateur HBAR 5 par le dispositif électronique modulable. On mesure en parallèle les facteurs qualité obtenus à ces différentes fréquences.
La fréquence retenue (ou choisie) pour la mise en œuvre du dispositif est la fréquence qui permet d’obtenir le meilleur facteur de qualité, c’est-à-dire le facteur de qualité le plus élevé.
On dépose une microgoutte de fluide sur le support 2 avec une micropipette.
Le volume de la microgoutte de fluide est donc, par exemple, de 10 pL pou M2 et de 60 pL pour M1.
Puis, on commande le dispositif électronique modulable pour qu’il génère un signal sinusoïdal électrique à la fréquence choisie.
Ce signal est transmis au résonateur HBAR 5 qui le transforme en ondes acoustiques haute fréquence. Les ondes acoustiques hautes fréquences présentent alors une résonance propre à générer une agitation dans la microgoutte.
La figure 4 est une photographie d’une agitation obtenue dans une microgoutte 3 de 60pL avec une fréquence de 252 MHz (5 dBm) : on note que la résonance provoque dans la microgoutte deux espaces d’agitation 13 et 14 de formes différentes, sensiblement au centre de la microgoutte 3. En modifiant la fréquence choisie grâce au dispositif électronique modulable 12, on peut obtenir des formes d’agitations différentes.
Par exemple, la figure 5 est une photographie illustrant une autre forme d’agitation dans la microgoutte 3 de 60mI_, obtenu en modifiant la fréquence choisie émise par le dispositif électronique 12 à 144 MHz (5 dBm) : deux agitations tournoyantes 15 et 16 se forment en partant sensiblement d’un plan médian de la microgoutte vers les bords internes de la microgoutte 3.
Une autre forme d’agitation est montrée sur la photographie de la figure 6 : Elle est obtenue à la fréquence de 425 MHz (5 dBm). De nombreuses volutes 17 des particules tournoyantes se sont ici formées dans toute la microgoutte 3 de 60mI_.
On comprend de la description qui précède comment le dispositif conforme à l’invention et sa mise en œuvre suivant le procédé conforme à l’invention permettent de générer et de combiner plusieurs agitations dans des microgouttes de fluide sans avoir à manipuler les microgouttes entre elles. II devra être toutefois compris que les exemples donnés ci-dessous ne sont pas limitatifs pour l’invention : notamment, le dispositif pourrait être mis en œuvre avec des volumes de microgouttes différents et le procédé pourrait être mis en œuvre à des gammes de fréquences différentes de celles présentées sur les schémas.
Un tel dispositif conforme à l’invention permet le mélange optimal de fluide avec un ou plusieurs réactifs, sans utiliser de mélangeur externe en contact avec l’environnement du liquide. De plus, l’invention favorise une bonne conductivité thermique (utilisation des substrats en Quartz-Silicium), de faible puissance injectée (environ 1 mW à 1 W) et des gradients de température dans le système mixte minimisés.
Il est à noter que le dispositif peut être réalisé suivant des dimensions telles qu’il est peu encombrant : en effet, alors que les résonateurs connus du type SAW (fonctionnant à 434 MHz) sont réalisables sur un substrat de Quartz occupant une surface d’environ 6 à 10 mm2, le résonateur HBAR 5 du dispositif conforme à l’invention ne nécessite qu’un dixième de cette surface à la même fréquence.
Enfin, si l’on observe un facteur de qualité moins important pour le résonateur HBAR, il est possible d’augmenter la puissance du signal. Il existe toutefois dans ce cas de mise en œuvre un risque d’augmentation de température (occasionnée par l’augmentation de puissance) qui peut occasionner l’évaporation de la microgoutte dans le temps.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour générer une agitation dans une microgoutte de fluide (3) dont le volume est de préférence supérieur à quelques dizaine de nanolitres, mettant en œuvre un dispositif actionneur (1) par ondes acoustiques , ledit dispositif actionneur (1) comprenant un support (2) sur lequel ladite microgoutte de fluide (3) est déposée et prélevée , un résonateur apte à convertir un signal sinusoïdal électrique appliqué en ses bornes en ondes acoustiques, ledit procédé étant caractérisé en ce que le résonateur du dispositif actionneur (1) mis en œuvre est de type à ondes de volumes à modes harmoniques élevés HBAR (5) , le résonateur HBAR (5) présentant un facteur de qualité Q d’au moins 100 dans l’air et comportant ledit support (2), ledit support (2) étant sensiblement plat et revêtu d’une couche de matériau diélectrique (4), en ce que ledit résonateur HBAR (5) est associé à un dispositif électronique modulable (12) apte à générer des ondes hautes fréquences, et en ce qu’il comporte les étapes suivantes:
- dépôt sur ledit support (2) d’une microgoutte de fluide (3),
- génération d’un signal sinusoïdal électrique (S) par commande du dispositif électronique modulable (12), ledit signal sinusoïdal électrique généré (S) présentant une fréquence choisie au moyen du dispositif électronique modulable, ladite fréquence étant comprise entre 100 MHz et 4 GHz,
- transformation du signal sinusoïdal électrique (S) présentant ladite fréquence choisie en ondes hautes fréquences acoustique (OA) par ledit résonateur HBAR (5), les ondes hautes fréquences acoustiques (OA) présentant une résonance propre générant une agitation donnée dans la microgoutte de fluide (3).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le facteur qualité Q du résonateur HBAR (5) est sensiblement d’au moins 1000 dans l’air.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif actionneur (1) est encapsulé dans ladite couche de matériau diélectrique (4).
4. Procédé selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite couche de matériau diélectrique (4) est hydrophobe.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couche de matériau diélectrique (4) comporte du polyparaxylylène.
6. Procédé selon la revendication l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite couche de matériau diélectrique (4) présente une épaisseur comprise entre sensiblement 100 nm et 40 pm, de préférence entre 2,5 pm et 10 pm.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de signal sinusoïdal électrique (S) généré par le dispositif électrique modulable (12) est choisie avant le dépôt de la microgoutte de fluide (3) sur le support (2) en mesurant le facteur de qualité Q dans l’air dudit dispositif actionneur (1) obtenu en faisant varier la fréquence du signal sinusoïdal électrique (S) et en retenant la fréquence qui permet d’obtenir le facteur de qualité Q dans l’air le plus élevé.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence choisie est comprise entre 400 MHz et 1 GHz.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite microgoutte de fluide (3) présente un volume d’au moins 1 pl_.
10. Dispositif actionneur (1) par onde acoustique, pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un support (2) sur lequel ladite microgoutte de fluide (3) peut être déposée et prélevée, un résonateur apte à convertir un signal sinusoïdal électrique (S) appliqué en ses bornes en ondes acoustiques (OA), ledit résonateur étant conçu pour être associé à un dispositif électronique modulable (12) apte à générer des ondes hautes fréquences , caractérisé en ce que ledit résonateur est de type à ondes de volumes à modes harmoniques élevés HBAR (5) et présente un facteur de qualité Q d’au moins 100 dans l’air et en ce que ledit résonateur HBAR (5) comporte ledit support (2), ledit support (2) étant sensiblement plat et revêtu d’une couche de matériau diélectrique (4).
11. Dispositif actionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit résonateur HBAR (5) présente un facteur de qualité Q de sensiblement de 1000 dans l’air.
12. Dispositif actionneur selon la revendication 10 ou 11 , caractérisé en ce qu’il est encapsulé dans ladite couche de matériau diélectrique (4).
13. Dispositif selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que ladite couche de matériau diélectrique (4) est hydrophobe.
14. Dispositif selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que ladite couche de matériau diélectrique (4) comporte du polyparaxylylène.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que ladite couche de matériau diélectrique (4) présente une épaisseur comprise entre sensiblement 100 nm et 40 miti, de préférence entre 2,5 pm et 10 pm.
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