EP4713137A1 - Plateforme microfluidique et installation associée pour le suivi du vieillissement et/ou de la dégradation d'un matériau d'intérêt dans un milieu simulé - Google Patents

Plateforme microfluidique et installation associée pour le suivi du vieillissement et/ou de la dégradation d'un matériau d'intérêt dans un milieu simulé

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EP4713137A1
EP4713137A1 EP24725526.8A EP24725526A EP4713137A1 EP 4713137 A1 EP4713137 A1 EP 4713137A1 EP 24725526 A EP24725526 A EP 24725526A EP 4713137 A1 EP4713137 A1 EP 4713137A1
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EP
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microfluidic
fluid
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interest
platform
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Application number
EP24725526.8A
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Karol RAKOTOZANDRINY
Yves Boulard
Jean-Philippe RENAULT
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Universite Paris Saclay
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Universite Paris Saclay
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Abstract

Plateforme microfluidique et installation associée pour le suivi du vieillissement et/ou de la dégradation d'un matériau d'intérêt dans un milieu simulé. L'invention concerne une plateforme micro fluidique (2) pour le suivi du vieillissement d'un matériau d'intérêt dans un environnement simulé, comprenant : - une puce microfluidique (9) délimitée par deux plaques empilées l'une sur l'autre en délimitant un circuit de fluide (10) comprenant un canal microfluidique d'entrée (10a), une chambre microfluidique (10b) en aval du canal microfluidique d'entrée et un canal microfluidique de sortie (10c) en aval de la chambre microfluidique; - un boîtier (11) comprenant deux blocs (11a, 11b) assemblés pour loger la puce microfluidique, une entrée fluidique (12) par laquelle un fluide est destiné à être injecté, qui est en amont du canal microfluidique d'entrée, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier, et, une sortie fluidique (13) par laquelle le fluide est destiné à être évacué, qui est en aval du canal microfluidique de sortie, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier.

Description

Description
Titre : Plateforme microfluidique et installation associée pour le suivi du vieillissement et/ou de la dégradation d’un matériau d’intérêt dans un milieu simulé.
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine du suivi du vieillissement ou de la dégradation d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé.
Technique antérieure
Lors de la conception ou du choix d’utilisation d’un matériau, il est important de pouvoir étudier son vieillissement et/ou sa dégradation dans le milieu dans lequel il est destiné être présent.
Ainsi, il est intéressant de prévoir la durée de vie fonctionnelle dudit matériau et d’observer son impact sur ledit milieu, notamment si sa dégradation entraîne une pollution ou des effets toxiques pour le milieu. Par exemple, il est important d’étudier le vieillissement et les effets au cours du temps d’un médicament ou d’un implant dans un corps humain ou animal. Il est également intéressant d’étudier la pollution engendrée par la dégradation de médicaments [1], des plastiques et des métaux, notamment des métaux lourds, dans l’environnement.
Par ailleurs, le suivi de la pollution engendrée par des substances potentiellement toxiques est encadré par des directives précises [2] .
Le vieillissement et/ou la dégradation d’un matériau dans un milieu donné sont multifactoriels. Ils sont notamment fonction de la lumière, de la température, de l’humidité, du pH, et/ou des interactions avec les autres composants du milieu, par exemple des microorganismes. Ainsi, les études de suivi du vieillissement et/ou de la dégradation d’un matériau d’intérêt sont généralement longues, complexes, et peuvent nécessiter des équipements indépendants, variés et nombreux.
Il est connu d’utiliser des chambres de vieillissement par lumière UV, IR et/ou visible, par température, par humidité ou par pression afin d’étudier la dégradation d’un matériau d’intérêt, notamment une peinture, une résine, un plastique, un métal, en fonction d’un paramètre environnemental choisi. Ces chambres de vieillissement sont généralement encombrantes et adaptées pour tester une seule variable environnementale. Il existe également des méthodes de mise en contact d’un matériau d’intérêt avec des microorganismes, par exemple le dépôt sur gel dans une boîte de Pétri. Ces méthodes peuvent comprendre une mise à l’étuve en statique ou avec agitation, pour contrôler la température, ou une mise en boîte à gants, pour contrôler l’atmosphère, ou encore une mise en chambre à cycle jour/nuit simulé. Cependant, il n’est usuellement pas possible dans ces cas de suivre in- situ les interactions du matériau d’intérêt avec les micro-organismes. De plus, ces méthodes ne permettent d’étudier le vieillissement et/ou la dégradation d’un matériau d’intérêt que selon un modèle simplifié dans lequel les conditions expérimentales restent éloignées du milieu cible.
On connaît également les mésocosmes pour étudier le vieillissement ou la dégradation d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé. Il s’agit généralement d’écosystèmes artificiels placés dans des conditions environnementales naturelles pour l’étude de l’écotoxicologie de divers contaminants potentiels pour l’environnement. Il peut également s’agir de mésocosmes en laboratoire pour contrôler différents paramètres, mais ils négligent alors souvent une partie des conditions environnementales du milieu cible et ne permettent pas des temps d’étude suffisamment longs. Les mésocosmes connus sont complexes à mettre en œuvre afin de bien contrôler les conditions expérimentales et ils sont encombrants.
CN2016/62570 U décrit un dispositif de simulation de sol terrestre. De même, W02016/103152 Al décrit un dispositif de simulation d’un environnement adapté pour la croissance de plantes. Cependant, ces dispositifs ne sont pas adaptés pour simuler une pluralité d’environnements variés. De plus, ils sont difficilement transportables à cause de leurs tailles et de leurs poids.
Il existe donc un besoin pour un dispositif de suivi du vieillissement ou de la dégradation d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé surmontant les inconvénients précités.
En particulier, il existe un besoin pour un dispositif de suivi du vieillissement ou de la dégradation d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé, qui soit compact et adapté pour exposer le matériau d’intérêt à des conditions environnementales en contrôlant simultanément différents paramètres expérimentaux.
Le but de l’invention est de répondre, au moins en partie, à ce(s) besoin(s). Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention concerne une plateforme microfluidique pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé, comprenant :
- une puce microfluidique délimitée par deux plaques empilées l’une sur l’autre en délimitant un circuit de fluide comprenant :
• un canal microfluidique d’entrée,
• une chambre microfluidique reliée en aval au canal microfluidique d’entrée, et comprenant un logement pour le matériau d’intérêt,
• un canal microfluidique de sortie relié en aval à la chambre microfluidique ;
- un boîtier comprenant :
• deux blocs dont au moins l’un comprend une cavité, les deux blocs étant assemblés ensemble pour loger de manière étanche la puce microfluidique,
• une entrée fluidique par laquelle un fluide est destiné à être injecté, qui est reliée en amont au canal microfluidique d’entrée, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier,
• une sortie fluidique par laquelle le fluide est destiné à être évacué, qui est reliée en aval au canal microfluidique de sortie, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier.
Par « matériau d’intérêt », on entend ici et dans le cadre de l’invention, un solide monobloc dont au moins une de ses dimensions est supérieure ou égale à 1 mm.
Selon un mode de réalisation, le logement pour le matériau d’intérêt peut être une empreinte au sein d’un évidement de l’une des deux plaques, ledit évidement étant destiné à former la chambre microfluidique.
Selon un autre mode de réalisation, le logement pour le matériau d’intérêt peut comprendre au moins un relief de maintien en saillie dans un évidement de l’une des plaques, ledit évidement étant destiné à former la chambre microfluidique. De préférence, la plateforme microfluidique comprend au moins un guide d’insertion pour y insérer le matériau d’intérêt, qui débouche sur un des côtés d’une des plaques et dans l’évidement en vis-à-vis du relief de maintien.
De préférence, les plaques de la puce microfluidique sont en un matériau transparent pour les rayonnements ultra-violets et/ou visibles et/ou infrarouges, de préférence en polydiméthylsiloxane ou en résine transparente photo-polymérisée.
De préférence, les plaques de la puce microfluidique comprennent un ou plusieurs aimants pour les maintenir empilées l’une sur l’autre.
De préférence, la plateforme microfluidique comprend un joint d’étanchéité agencé dans la puce microfluidique autour du circuit de fluide.
De préférence, les blocs du boitier comprennent un ou plusieurs aimants pour les maintenir assemblés.
De préférence, la plateforme microfluidique comprend un joint d’étanchéité agencé dans le boîtier autour de la puce microfluidique.
De préférence, la plateforme microfluidique comprend au moins un capteur interne logé dans l’un des blocs de sorte à être en regard de la chambre microfluidique lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier, afin de mesurer au moins un paramètre environnemental de la chambre microfluidique, choisi parmi la température, la pression, le pH, la concentration en gaz, le champ magnétique, l’humidité et la vitesse de la chambre microfluidique.
Le ou les capteurs internes peuvent être un détecteur de gaz, un accéléromètre, un capteur de pression, un magnétomètre, un capteur thermique et/ou un capteur hygrométrique. De préférence, l’ accéléromètre est couplé avec un gyroscope.
De préférence, la plateforme microfluidique comprend un système d’imagerie interne logé dans l’un des blocs de sorte à être en regard de la chambre microfluidique lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier, afin de capturer des images du matériau d’intérêt dans le logement de la chambre microfluidique.
De préférence, la plateforme microfluidique comprend un système de communication sans fil connecté au capteur interne et/ou au système d’imagerie interne afin de transmettre les paramètres mesurés par le capteur interne et/ou les images capturées par le système d’imagerie interne à un récepteur externe à la plateforme microfluidique. La transmission du système de communication sans fil peut s’effectuer par Bluetooth ou par WIFI.
De préférence, la plateforme microfluidique comprend au moins un capteur externe configuré pour déterminer un paramètre environnemental du circuit de fluide à partir d’une mesure relevée hors du circuit de fluide, le paramètre environnemental étant choisi parmi la température, un potentiel d’oxydoréduction, notamment le pH, ou la présence, voire la quantité, d’une substance dans le fluide circulant dans le circuit de fluide.
De préférence, la plateforme microfluidique comprend en outre un dispositif de régulation thermique pour chauffer et/ou refroidir le boîtier, de préférence sous la forme d’un module Peltier et/ou d’une source de rayonnement infrarouge et/ou d’un échangeur de chaleur.
De préférence, le module Peltier est couplé avec une coque métallique, de préférence en aluminium, destinée être en contact avec le boîtier. La coque métallique peut venir se clipser autour du boîtier.
De préférence, le circuit fluidique est réalisé dans au moins un des blocs du boîtier. De préférence, le circuit fluidique entoure la cavité destinée à loger la puce microfluidique. Cela permet avantageusement, d’amener le fluide caloporteur au plus proche du circuit de fluide.
De préférence, une des plaques comprend une fenêtre de visualisation à travers laquelle la chambre microfluidique peut être visualisée lorsque les plaques sont empilées, et un des blocs comprend un hublot de visualisation superposé avec la fenêtre de visualisation, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier.
De préférence, la fenêtre est en nitrure de silicium ou en quartz monocristallin.
L’invention concerne également une installation pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé, l’installation comprenant :
- une plateforme selon l’invention,
- un dispositif de perfusion pour injecter à une pression donnée un fluide dans l’entrée fluidique.
De préférence, l’installation comprend un régulateur de débit relié en aval à la sortie fluidique pour réguler l’écoulement du fluide dans le circuit de fluide à un débit déterminé. De préférence, l’installation comprend un collecteur de fluide relié en aval de la sortie fluidique pour récupérer et stocker les effluents en sortie du circuit de fluide.
De préférence, l’installation comprend une source lumineuse, de préférence au moins une LED, adaptée pour émettre un rayonnement dans l’infrarouge et/ou dans le visible et/ou dans l’ultra-violet, pour illuminer le boîtier.
De préférence, l’installation comprend au moins un dispositif de visualisation pour visualiser le matériau d’intérêt dans le logement de la chambre microfluidique.
De préférence, le dispositif de visualisation est agencé avec le hublot de visualisation dans son champ de vision.
De préférence, le dispositif de visualisation est choisi parmi une caméra, par exemple une caméra CCD ou CMOS, un spectroscope, par exemple un spectroscope par ultra-violets ou un spectroscope Raman, et un microscope, par exemple un microscope numérique ou un microscope électronique à balayage.
L’invention consiste donc essentiellement en une plateforme microfluidique adaptée pour loger de manière étanche un matériau d’intérêt dans une chambre microfluidique d’un circuit de fluide dont les propriétés simulent un milieu/environnement. Le matériau d’intérêt peut ainsi être exposé à des microorganismes et/ou à des substances du milieu cible dans les conditions les plus proches de celui-ci, et ce, en limitant au maximum les influences extérieures
La présente invention peut être utilisée pour le suivi de la pollution engendrée par des médicaments, des plastiques, en particulier des microplastiques, ou des métaux dans la nature, par exemple en milieu marin ou en eau douce.
De plus, il est possible d’étudier en temps réel le comportement du matériau d’intérêt dans le milieu simulé, notamment sa dégradation et/ou son vieillissement. En particulier, la plateforme microfluidique est adaptée pour des prélèvements réguliers de données de l’environnement de la chambre microfluidique. Notamment, l’intégration d’un capteur interne dans la plateforme microfluidique et/ou d’un capteur externe permet de recueillir des données physiques et/ou chimiques de l’environnement de la chambre microfluidique en temps réel. De même, l’installation selon la présente invention comprend différents éléments permettant l’observation du comportement du matériau d’intérêt dans la chambre microfluidique en temps réel.
La plateforme microfluidique selon l’invention est compacte et légère ce qui la rend facilement transportable et adaptée pour des lieux d’utilisation variés, en intérieur comme en extérieur. Notamment, la plateforme microfluidique peut être de taille centimétrique lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier assemblé, c’est-à-dire que sa plus grande dimension peut être de l’ordre du centimètre.
Il en est de même pour l’installation selon la présente invention qui est de petite taille comparément aux mésocosmes selon l’art antérieur. Notamment, du fait des faibles dimensions de la plateforme microfluidique, la taille de l’installation dépend majoritairement de la taille du dispositif de perfusion et le cas échéant du régulateur de débit, du collecteur de fluide, de la source lumineuse et/ou du dispositif de visualisation. L’installation est également facilement transportable du fait de son aspect modulaire.
En outre, la plateforme microfluidique selon l’invention est simple de fabrication et peu onéreuse.
D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.
Brève description des dessins
[Fig 1] la figure 1 est une vue en perspective d’une installation pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt selon la présente invention.
[Fig 2] la figure 2 est une vue en perspective d’une plateforme microfluidique selon l’invention destinée à être utilisée dans une installation pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt.
[Fig 3a], [Fig 3b], [Fig 3c], [Fig 3d] et [Fig 3e] les figures 3a à 3e sont chacune une vue en perspective d’une première plaque destinée à constituer une partie d’une puce microfluidique de la plateforme microfluidique selon la présente invention.
[Fig 4a] et [Fig 4b] les figures 4a et 4b sont chacun une vue en perspective d’une deuxième plaque destinée à constituer une partie d’une puce microfluidique d’une plateforme microfluidique selon la présente invention. [Fig 5a] la figure 5a est une vue en perspective d’un premier bloc du boîtier d’une plateforme microfluidique selon la présente invention, le point de vue étant du côté de la face externe dudit premier bloc.
[Fig 5b] la figure 5b est une vue en perspective du premier bloc selon la figure 5a, le point de vue étant du côté de la face interne dudit premier bloc.
[Fig 6a] la figure 6a est une vue en perspective d’un deuxième bloc du boîtier d’une plateforme microfluidique selon la présente invention, le point de vue étant du côté de la face interne dudit deuxième bloc.
[Fig 6b] la figure 6b est une vue en perspective du deuxième bloc selon la figure 6a, le point de vue étant du côté de la face externe dudit deuxième bloc.
[Fig 7a] la figure 7a est une vue en perspective d’un dispositif de perfusion de type pousse- seringue pour une installation selon la présente invention.
[Fig 7b] la figure 7b est une vue en perspective d’un dispositif de perfusion de type contrôleur de pression pour une installation selon la présente invention.
[Fig 8] la figure 8 est une vue en perspective d’une installation pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt selon la présente invention, l’installation comprenant un dispositif de perfusion de type gravitaire.
Description détaillée
On a illustré à la figure 1 une installation 1 selon l’invention pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt.
L’installation 1 comprend une plateforme microfluidique 2, un dispositif de perfusion 3 alimentant en fluide la plateforme 2, un régulateur de débit 4 du fluide circulant dans la plateforme 2, un collecteur de fluide 5 pour collecter les effluents provenant de la plateforme 2, une source lumineuse 6 pour éclairer la plateforme, un dispositif de visualisation 7 de la plateforme 2 relié à un ordinateur 8.
La plateforme microfluidique 2 de l’installation 1 est illustrée en détail à la figure 2. Elle comprend une puce microfluidique 9 intégrant un circuit de fluide 10, et un boîtier 11 formé par deux blocs, dits premier lia et deuxième 11b blocs, assemblés entre eux pour loger de manière étanche la puce microfluidique 9. Le circuit de fluide 10 est constitué d’un canal microfluidique d’entrée 10a, d’une chambre microfluidique 10b qui loge un matériau d’intérêt et d’un canal microfluidique de sortie 10c communiquant entre eux. Le canal microfluidique d’entrée 10a est relié en amont à la chambre microfluidique 10b. Le canal microfluidique de sortie 10c est relié en aval à la chambre microfluidique 10b.
Le boîtier 11 comprend une entrée fluidique 12 et une sortie fluidique 13 ménagées dans le premier bloc lia. L’entrée fluidique 12 est reliée au circuit de fluide 10 et en amont de celui- ci, lorsque la puce microfluidique 9 est logée de manière étanche dans le boîtier 11. La sortie fluidique 13 est reliée avec le circuit de fluide 10 et en aval de celui-ci, lorsque la puce microfluidique 9 est logée de manière étanche dans le boîtier 11.
Le dispositif de perfusion 3 est relié à l’entrée fluidique 12 par un conduit d’alimentation 14. Ce dispositif de perfusion 3 est configuré pour injecter un fluide en continu à une pression et un débit donnés dans le circuit de fluide 10 par l’entrée fluidique 12. Le fluide injecté correspond à celui du milieu fluidique d’intérêt pour lequel la dégradation et/ou le vieillissement du matériau d’intérêt est suivi.
Le régulateur de débit 4 est relié à la sortie fluidique 13 par un conduit d’évacuation 15. Le régulateur de débit 4 est de préférence passif, et, permet de contrôler, de préférence manuellement, le débit de circulation du fluide dans le circuit de fluide 10. Le régulateur de débit 4 comprend une pluralité de tubes 16 de différents calibres. Ainsi, le débit du fluide dans le circuit de fluide 10 est modifié en fonction du calibre du tube 16 auquel est relié le conduit d’évacuation 15. De préférence, les tubes 16 sont réalisés par gravure dans du polydiméthylsiloxane.
Ainsi, l’invention permet d’étudier le vieillissement et/ou la dégradation du matériau d’intérêt dans un milieu cible. Pour cela, le matériau d’intérêt est logé dans la chambre microfluidique 10b et un fluide dont les propriétés et les composants correspondent au milieu cible est injecté par le dispositif de perfusion 3 dans le circuit de fluide 10 à un débit et une pression contrôlés, notamment par le régulateur de débit 4.
Par ailleurs, afin de simuler au mieux le milieu cible, la source lumineuse 6 permet de contrôler la luminosité à laquelle le matériau d’intérêt est exposé dans la chambre microfluidique 10b. La source lumineuse 6 est donc agencée pour illuminer le boîtier 11 et la puce microfluidique 9. Le boîtier 11 et la puce microfluidique 9 sont transparents au rayonnement émis par la source lumineuse 16. La source lumineuse 6 peut émettre des rayonnements dans l’infrarouge et/ou dans le visible et/ou dans l’ultra- violet. Le type de rayonnement est choisi en fonction du milieu d’intérêt dont la simulation est souhaitée. Avantageusement, un rayonnement infrarouge permet également de chauffer le boîtier 11 et la puce microfluidique 9.
La source lumineuse 6 peut être une lampe externe au boîtier 11, comme illustré à la figure 1. De préférence, la source lumineuse 6 est agencée de sorte que l’angle d’incidence du rayonnement qu’elle émet sur le premier bloc 1 la du boîtier 11 soit inférieur à 45°.
De manière alternative, la source lumineuse 6 peut être intégrée dans le boîtier 11, notamment dans le deuxième bloc 11b.
D’autre part, l’installation 1 comprend différents éléments permettant de relever des informations quant au vieillissement et/ou la dégradation du matériau d’intérêt sous le flux fluidique dans la chambre microfluidique 10b.
Pour cela, l’installation 1 comprend le collecteur de fluide 5 pour collecter les effluents en sortie du circuit de fluide 10. Le collecteur de fluide 5 est relié à la sortie du régulateur de débit 4 par un conduit de récupération 17. Le collecteur de fluide 5 comprend au moins un flacon 18 stérile pour stocker les effluents en sortie du circuit de fluide 10. Le flacon 18 est fermé par un bouchon 19 percé en condition stérile. Pour collecter les effluents, un tube 20, préalablement nettoyé à l’éthanol, est inséré dans le trou du bouchon 19 avec une de ses extrémités agencée dans le flacon 18 et l’autre de ses extrémités raccordée au conduit de récupération 17. Le collecteur de fluide 5 peut comprendre plusieurs flacons 18 fermés par des bouchons 19 percés tels que décrits précédemment. Les flacons 18 peuvent être de volumes différents les uns des autres.
L’installation 1 comprend également un ou des dispositifs de visualisation 7 agencé(s) pour visualiser le matériau d’intérêt dans le circuit de fluide 10. En particulier, le deuxième bloc 11b comprend un hublot de visualisation 21 agencé de sorte à être superposé avec le logement du matériau d’intérêt dans le circuit de fluide 10. Le(s) dispositifs) de visualisation 7 est(sont) agencé(s) avec le hublot de visualisation 21 dans son(leur) champ de vision. Le ou les dispositifs de visualisation 7 peu(ven)t comprendre une caméra, de préférence une caméra CCP ou CMOS, et/ou un spectroscope, de préférence pour la spectroscopie ultraviolets ou la spectroscopie Raman. La caméra peut être équipée d’un objectif de microscope.
La plateforme microfluidique 2 comprend également au moins un capteur interne 22 intégré dans le boîtier 11 et au moins un capteur 23 externe au boîtier 11.
Le(s) capteur(s) inteme(s) 22 est(sont) configuré(s) pour mesurer au moins un paramètre environnemental du circuit de fluide 10, notamment de la chambre microfluidique. Le(s) paramètre(s) environnemental(aux) peut(vent) être la température, la pression, le pH, la concentration en un gaz, l’humidité et/ou la vitesse de la chambre microfluidique.
Le capteur interne 22 est logé dans le premier bloc 1 la de sorte à être en vis-à-vis de la puce microfluidique 9, notamment le plus proche de la chambre microfluidique 10b. La plateforme microfluidique 2 peut comprendre une pluralité de capteurs internes différents logés chacun dans un des blocs lia, 11b du boîtier 11.
Notamment, la plateforme microfluidique 2 peut comprendre une pluralité de capteurs internes 22, chacun des capteurs internes 22 étant choisi parmi :
- un accéléromètre, par exemple le capteur intelligent « BHI260AP » vendu par la société « Bosch Sensortec »,
- un capteur de pression, par exemple le capteur de pression numérique « BMP390 » vendu par la société « Bosch Sensortec »,
- un magnétomètre, par exemple le magnétomètre « BMM 150 » vendu par la société « Bosch Sensortec »,
- un capteur thermique, par exemple une sonde de température PtlOO,
- un détecteur de gaz et/ou un capteur hygrométrique, en particulier un capteur intelligent permettant de mesurer la concentration en gaz, l’humidité, la pression et la température à la fois en étant piloté par une intelligence artificielle, par exemple le capteur intelligent « BME688 » vendu par la société « Bosch Sensortec ».
La plateforme microfluidique 2 peut également comprend un système d’imagerie interne intégré dans le boîtier 11. Le système d’imagerie interne est en vis-à-vis de la chambre microfluidique 10b et peut ainsi capturer des images du matériau d’intérêt au sein de ladite chambre microfluidique 10b. Le système d’imagerie interne peut comprendre une caméra, par exemple une caméra « Nicla Vision » développée par Arduino Pro. Une batterie peut être intégrée dans le boîtier 11 afin d’alimenter le(s) capteur(s) interne(s) et/ou le système d’imagerie inteme.Le(s) capteur(s) 23 externes au boîtier 11 est(sont) configuré(s) pour mesurer un paramètre environnemental du circuit de fluide 10 à partir d’une mesure relevée hors de ce dernier. Par exemple, un capteur externe 23 peut mesurer la température du boîtier 11 et déterminer par là-même la température dans la chambre microfluidique 10b. Un capteur externe 23 peut inclure une sonde de type PtlOO en contact avec le boîtier 11, et/ou un rH-mètre, notamment un pH-mètre, agencé pour mesurer le potentiel d’oxydoréduction, le cas échéant le pH, du fluide en amont et/ou en aval du circuit de fluide 10. En particulier, un rH-mètre peut comprendre une sonde de mesure logée dans le conduit d’alimentation 14 et/ou dans le conduit d’évacuation 15. Un capteur externe 23 peut en outre comprendre un chromatographe en phase liquide et/ou un spectromètre, notamment un spectromètre de masse et/ou un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier et/ou un spectromètre par résonance magnétique, chacun étant agencé pour identifier et/ou quantifier différentes substances du fluide en sortie du circuit de fluide 10.
Le ou les capteurs internes 22 et le ou les capteurs externes 23 sont connectés à un microcontrôleur 24, de préférence de type Arduino, par exemple le microcontrôleur 24 est une carte « Nicla Sense ME » développée par Arduino Pro. Le microcontrôleur 24 enregistre les informations mesurées par chacun des capteurs internes 22 et externes 23 et commande ces derniers.
Par ailleurs, le microcontrôleur 24 est également connecté à l’ordinateur 8 lui-même connecté au dispositif de visualisation 7. L’ordinateur 8 acquiert et enregistre les données recueillies par le microcontrôleur 24 et par le dispositif de visualisation 7 et transmet des instructions à ces codes. Il est aussi envisageable de connecter l’ordinateur 8 à la source lumineuse 6 et/ou au dispositif de perfusion 3 afin de les contrôler.
Le microcontrôleur 24 peut communiquer par Bluetooth, par WIFI ou par USB avec les capteurs internes 22 et/ou externes 23 et/ou avec le système d’imagerie interne et/ou avec l’ordinateur 8. Le cas échéant, le microcontrôleur 24 est ainsi un système de communication sans fil de la plateforme microfluidique 2.
On a illustré à la figure 3a une première plaque 9a délimitant la puce microfluidique 9. La première plaque 9a a la forme d’un parallélépipède rectangle de longueur égale à 3,5 mm, et/ou de largeur égale à 1,5 mm, et/ou d’épaisseur comprise entre 5 et 10 mm. La première plaque 9a comprend une rainure d’injection 25, un évidement 26 et une rainure d’évacuation 27. La rainure d’injection 25 débouche par une extrémité sur un orifice d’injection 28, traversant de part en part la plaque 9a, et débouche par l’autre extrémité dans l’évidement 26. L’orifice d’injection 28 présente un diamètre d’ouverture compris entre 0,5 et 1,5 mm. La rainure d’évacuation 27 débouche par une extrémité dans l’évidement 26 et débouche par l’autre extrémité sur un orifice d’évacuation 29, traversant de part en part la plaque 9a. L’orifice d’évacuation 29 présente un diamètre d’ouverture compris entre 0,5 et 1,5 mm. Les rainures d’injection 25 et d’évacuation 27 présentent chacune une longueur égale à 5 mm. Les sections des rainures d’injection 25 et d’évacuation 27 sont rectangulaires, de préférence carrées, avec des côtés de tailles micrométriques, notamment inférieurs à 500 pm.
On a illustré à la figure 4a une deuxième plaque 9b délimitant la puce microfluidique 9. La deuxième plaque 9b a la forme d’un parallélépipède rectangle de longueur égale à 3,5 mm, et/ou de largeur égale à 1,5 mm, et/ou d’épaisseur comprise entre 1 et 2,5 mm. La deuxième plaque 9b comprend une fenêtre vitrée 30 en nitrure de silicium ou en quartz monocristallin.
Ainsi, la puce microfluidique 9 est délimitée par la première plaque 9a et la deuxième plaque 9b empilées l’une sur l’autre. Une fois l’empilement réalisé, l’orifice d’injection 28 et la rainure d’injection 25 forment le canal microfluidique d’entrée 10a, l’évidement 26 forme la chambre microfluidique 10b, et, l’orifice d’évacuation 29 et la rainure d’évacuation 27 forment le canal microfluidique de sortie 10c. Par ailleurs, la fenêtre de visualisation 30 est en vis-à-vis avec la chambre microfluidique 10b.
On a illustré à la figure 3b une première alternative de plaque 9a, selon laquelle une empreinte 31 a été réalisée dans l’évidement 26. L’empreinte 31 forme ainsi un logement pour le matériau d’intérêt. La forme de l’empreinte 31 est complémentaire avec la forme du matériau d’intérêt. Par exemple, l’empreinte 31 peut avoir la forme d’une parallélépipède rectangle, notamment de longueur égale à 10 mm, et/ou de largeur égale à 10 mm, et/ou de hauteur égale à 1 mm.
On a illustré à la figure 3c une deuxième alternative de plaque 9a, selon laquelle ont été réalisés deux reliefs de maintien 32 en saillie dans l’évidement 26 et des guides d’insertion 33. Les reliefs de maintien 32 ont chacun la forme d’une languette s’étendant dans le sens de l’écoulement du fluide entre le canal microfluidique d’entrée 10a et le canal microfluidique de sortie 10c, c’est-à-dire parallèlement à la droite reliant l’extrémité de la rainure d’injection 25 débouchant dans l’évidement 26 avec l’extrémité de la rainure d’évacuation 27 débouchant dans l’évidement 26. Les reliefs de maintien 32 forment des supports pour le matériau d’intérêt qui peut être logé dans la chambre micro fluidique formée par l’évidement 26 dans la puce microfluidique 9.
Les guides d’insertion 33 sont des conduits débouchant percés dans l’épaisseur de la plaque 9a avec une de leurs extrémités débouchant dans l’évidement 26, en vis-à-vis d’un des reliefs de maintien 32, et l’autre des extrémités débouchant sur un des côtés longitudinaux de la plaque 9a. De manière alternative, les guides d’insertions 33 peuvent être des entailles ménagées dans la plaque 9a avec une extrémité débouchant dans l’évidement 26, en vis-à- vis d’un des reliefs de maintien 32, et l’autre extrémité débouchant sur un des côtés longitudinaux de la plaque 9a. Ces guides d’insertion 33 sont particulièrement adaptés pour l’insertion et le maintien d’un matériau d’intérêt sous la forme d’une fibre. Dans ce cas, le matériau d’intérêt est logé dans l’évidement 26 avec une extrémité insérée dans un premier guide d’insertion 33 et l’autre extrémité insérée dans un deuxième guide d’insertion 33 en regard du premier, le matériau d’intérêt étant supporté sur sa longueur par les reliefs de maintien 32. Ce mode de réalisation adapté pour les matériaux d’intérêt sous forme d’une fibre est particulièrement intéressant pour l’étude du vieillissement et/ou de la dégradation de polymères, notamment des plastiques, dans un milieu simulé.
On a illustré aux figures 3d et 3e une troisième alternative de plaque 9a selon laquelle un renfoncement 34 est réalisé et des aimants 35 sont agencés. Le renfoncement 34 entoure le circuit de fluide 10 dans la puce microfluidique 9, et, est destiné accueillir un joint d’étanchéité. Les aimants 35 sont logés dans l’épaisseur de la première plaque 9a.
On a illustré à la figure 4b une deuxième plaque 9b complémentaire avec la première plaque 9a illustrée aux figure 3d et 3e. La deuxième plaque 9b comprend également un renfoncement 36 et des aimants 37. Le renfoncement 36 est agencé de sorte à être en vis-à- vis du renfoncement 34 de la première plaque 9a. Ainsi, un joint d’étanchéité peut être agencé dans l’espace délimité par les renfoncements 34 et 36 entourant le circuit de fluide 10. Les aimants 37 sont logés dans l’épaisseur de la deuxième plaque 9b de sorte à être en vis-à-vis avec les aimants 35 de la première plaque 9a. Ainsi, les aimants 35 et 37 permettent de maintenir les deux plaques 9a et 9b empilées l’une sur l’autre. Les aimants 35 et 37 sont de forme cylindrique avec un diamètre compris entre 2 et 3 mm et une hauteur comprise entre 0,7 et 10 mm. De préférence, les aimants 35 et 37 sont de type NdFeB, de préférence de magnétisation N45. La force d’adhérence des aimants 35 et 37 est comprise entre 74 g et 390 g. Avantageusement, les aimants 35 et 37 permettent un empilement simple, étanche et réversible des plaques 9a et 9b l’une sur l’autre. On peut ainsi démonter les plaques 9a, 9b et par là réutiliser la puce microfluidique 9.
La deuxième plaque 9b comprend une encoche 38 pour la prise manuelle afin de pouvoir séparer facilement la deuxième plaque 9b de la première plaque 9a, notamment par effet levier.
Une fois la puce microfluidique 9 réalisée, elle est insérée entre les premier 1 la et deuxième 11b blocs du boîtier 11.
On a illustré aux figures 5a et 5b un premier bloc 1 la du boîtier 11. Le premier bloc 1 la a la forme d’un parallélépipède rectangle, par exemple de longueur égale à 6 cm et/ou de largeur égale à 4 cm. Le premier bloc l ia comprend une cavité 39 creusée dans une de ses faces, dite face interne 40. La cavité 39 est adaptée pour loger une partie de la puce microfluidique 9. La face interne 40 est destinée à être en appui contre le deuxième bloc 11b. Le premier bloc l ia comprend également des trous traversant de part en part le premier bloc lia pour déboucher dans la cavité 39, lesdits trous formant ainsi l’entrée fluidique 12 et la sortie fluidique 13. Le conduit d’alimentation 14 peut être inséré dans le trou formant l’entrée fluidique 12. Le conduit d’évacuation 15 peut être inséré dans le trou formant la sortie fluidique 13. Le premier bloc lia comprend un renfoncement 41 creusé dans la face interne 40 et entourant la cavité 39, le renfoncement 41 étant destiné loger un joint d’étanchéité, dit deuxième joint d’étanchéité.
Le premier bloc l ia comprend une face externe 42 opposée à la face interne 40, la face externe 42 étant évidée pour former un logement 43 destiné accueillir un capteur interne 22. Le logement 43 comprend une fenêtre 44 communiquant avec la cavité 39. Le capteur interne 22 peut alors être en contact fluidique avec la puce microfluidique 9. En particulier, la puce microfluidique 9 peut être perméable aux gaz et le capteur interne 22 peut être un détecteur de gaz. Ainsi, s’il y a des dégagements gazeux lors de l’étude du vieillissement et/ou de la dégradation du matériau d’intérêt dans la puce microfluidique 9, une couche gazeuse de ces dégagements se forme dans la fenêtre 44, et, le capteur interne 22 peut identifier et/ou quantifier au moins une partie des gaz présents dans cette couche gazeuse. Par exemple, La fenêtre 44 peut être dimensionner de sort que la couche gazeuse présente une épaisseur de 500 pm et/ou une longueur de 8 mm et/ou une largeur de 5 mm.
On a illustré aux figures 6a et 6b un deuxième bloc 11b du boitier 11. Le deuxième bloc 11b a la forme d’un parallélépipède rectangle, par exemple de longueur égale à 6 cm et/ou de largeur égale à 4 cm. Le deuxième bloc 11b comprend une cavité 45 creusée dans une de ses faces, dite face interne 46. La cavité 45 est adaptée pour loger une partie de puce microfluidique 9. La face interne 46 est destinée à être en appui contre le premier bloc l ia avec la cavité 45 du deuxième bloc 11b en vis-à-vis de la cavité 45 du premier bloc l ia afin de loger entièrement la puce microfluidique 9 dans l’espace formé par la superposition de ces cavités 39 et 45. Le deuxième bloc 11b comprend un renfoncement 47 creusé dans la face interne 46 et entourant la cavité 45, le renfoncement 47 étant destiné à être en vis-à-vis du renfoncement 41 du premier bloc l ia lorsque les blocs l ia et 11b sont assemblés ensemble. Ainsi le deuxième joint d’étanchéité peut être agencé dans l’espace formé par les renfoncement 41 et 47 entourant les cavités 39 et 45.
Le deuxième bloc 11b comprend également dans sa face externe 48, opposée à sa face interne 46, le hublot de visualisation21 donnant sur la cavité 45. Lors de l’étude du vieillissement et/ou de la dégradation du matériau d’intérêt, la puce microfluidique 9 est logée dans la cavité 45 avec sa fenêtre vitrée 30 en face du hublot de visualisation 21. Il est ainsi possible d’observer le matériau d’intérêt dans la chambre microfluidique. Notamment, le dispositif de visualisation 7 est agencé de sorte à pouvoir visualiser le matériau d’intérêt dans le circuit de fluide 10 à travers le hublot de visualisation 21 et la fenêtre vitrée 30.
De manière alternative, la source lumineuse 6 peut être intégrée dans le deuxième bloc 11b en lieu et place du hublot de visualisation 21. Le cas échéant, le dispositif de visualisation? observe le matériau d’intérêt dans la chambre microfluidique 10b à travers le premier bloc l ia ou le deuxième bloc 11b, ledit bloc étant alors en un matériau transparent dans les longueurs d’onde mesurées par le dispositif de visualisation 7.
Comme cela est illustré aux figures 5a et 5b, des aimants 49 sont logés dans le premier bloc l ia. De même, comme illustré aux figures 6a et 6b, des aimants 50 sont fichés dans le deuxième bloc 11b. Les aimants 49 et 50 assurent le maintien de l’assemblage du premier bloc 1 la avec le deuxième bloc 11b. Les aimants 49 et 50 sont de forme cylindrique avec un diamètre compris entre 2 et 3 mm et une hauteur comprise entre 0,7 et 10 mm. De préférence, les aimants 49 et 50 sont de type NdFeB, de préférence de magnétisation N45. La force d’adhérence des aimants 49 et 50 est comprise entre 74 g et 390 g. Avantageusement, les aimants 49 et 50 permettent un assemblage simple, étanche et réversible du premier bloc 1 la avec le deuxième bloc 11b. On peut ainsi désassembler les blocs l ia, 11b l’un de l’autre et réutiliser le boîtier 11.
Le deuxième bloc 11b comprend une encoche 51 de prise manuelle pour séparer facilement le deuxième bloc 11b du premier bloc l ia, notamment par effet levier.
De manière alternative, les premier lia et deuxième 11b blocs peuvent être assemblés ensemble et maintenus avec leurs faces internes 40 et 46 en appui l’une contre l’autre par collage, notamment par collage par plasma oxygène.
On a illustré à la figure 7a un dispositif de perfusion 3 de type pousse-seringue pour l’installation 1. Il comprend une seringue 52 contenant le fluide, destiné à circuler dans le circuit de fluide 10, et une pompe à perfusion 53. La seringue 52 est reliée au conduit d’alimentation 14. La pompe à perfusion 53 est adaptée pour appuyer sur la seringue 52 à au moins une pression donnée, permettant ainsi d’administrer le fluide dans le circuit 10 avec un débit précis.
On a illustré à la figure 7b une dispositif de perfusion 3 de type contrôleur de pression pour l’installation 1. Il comprend un réservoir 54 contenant le fluide, destiné à circuler dans le circuit de fluide 10, et un contrôleur de pression 55. Le réservoir 54 est raccordé au conduit d’alimentation 14 par un tube de perfusion 56. Le contrôleur de pression 55 est relié en aval à une arrivée de gaz 57, et, est relié en amont à une sortie de gaz 58. Le gaz peut être du diazote ou de l’air comprimé. Le contrôleur de pression 55 est configuré pour injecter le gaz provenant de l’arrivée de gaz 57 dans la sortie de gaz 58 à une pression fixée par le contrôleur de pression 55. La sortie de gaz 58 est insérée dans le réservoir 54. Ainsi, le contrôleur de pression 55 peut modifier la pression au sein du réservoir 54, et, par là-même injecter le fluide contenu dans le réservoir 54 dans le tube de perfusion 56, alimentant alors le conduit d’alimentation 14 et le circuit de fluide 10 en ledit fluide.
On a illustré à la figure 8 une variante de l’installation 1 selon l’invention pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt. Selon cette variante, le dispositif de perfusion 3 est de type gravitaire. La dispositif de perfusion 3 comprend un réservoir 59 agencé en hauteur par rapport à la plateforme microfluidique 2. Le réservoir 59 contient le fluide destiné à circuler dans le circuit 10. Le conduit d’alimentation 14 est relié au bas du réservoir 59. Ainsi, le fluide contenu dans le réservoir 59 s’écoule par gravité dans le conduit d’alimentation 14 et circule dans le circuit 10.
Avantageusement, un dispositif de perfusion 3 de type gravitaire présente une mise en œuvre simple, est peu encombrant et peu onéreux. En outre, il ne nécessite pas un apport d’énergie autre que l’énergie potentielle de pesanteur. Il est ainsi particulièrement adapté pour des utilisations en dehors du laboratoire.
Le réservoir 59 peut être un tube de type Falcon, par exemple de 50 mL, ou un bidon, par exemple de 5L. Le réservoir 59 est percé à sa base inférieure d’un trou, par exemple de 1,5 mm de diamètre. Le conduit d’alimentation 14 est inséré dans ledit trou, par exemple la longueur insérée peut être de 5 mm. De préférence, le conduit d’alimentation 14 présente un diamètre externe égal à celui dudit trou. De préférence, le passage du conduit d’alimentation 14 dans le trou est étanchéifié par déposition d’une colle, de préférence de type cyanoacrylate.
Le réservoir 59 peut être agencé quelques centimètres, par exemple 20 cm, au-dessus de la plateforme microfluidique 2. Pour cela, le réservoir 59 peut être maintenu par un porte- réservoir. De préférence, le conduit d’alimentation 14 est dimensionné de sorte à être tendu entre le réservoir 59 et la plateforme microfluidique 2.
Par ailleurs, le débit d’écoulement du fluide dans le circuit de fluide 10 est proportionnel au diamètre interne du conduit d’alimentation 14. De préférence, le diamètre interne du conduit d’alimentation 14 est compris entre 250 pm et 500 uni. Ainsi, pour un diamètre interne du conduit d’évacuation 15 égal à 500 pm, il est possible de faire varier le débit d’écoulement du fluide dans le circuit de fluide 10 en fonction du régulateur de débit 4 entre 50 pM/min et 200 pL/min.
De préférence, le réservoir 59 a été stérilisé avant d’être rempli du fluide destiné à circuler dans le circuit de fluide 10. La stérilisation peut être réalisée par rinçage à l’éthanol et/ou à l’eau ultrapure. De plus, la mise en marche du dispositif de perfusion 3 de type gravitaire peut comprend une étape d’amorçage pour induire l’écoulement du fluide du réservoir 59 vers le conduit d’alimentation 14. L’étape d’amorçage peut comprendre le siphonage du réservoir 59 à travers le conduit d’alimentation 14. On décrit maintenant un procédé de fabrication d’une plateforme microfluidique 2 selon l’invention. fabrication des première 9a et deuxième 9b plaques destinées constituer la puce microfluidique 9 ; fabrication des premier lia et deuxième blocs 11b destinés constituer le boîtier
H ; optionnellement, mise en place d’un matériau d’intérêt dans un évidement 26 de la première plaque 9a ou de la deuxième plaque 9b destiné à former la chambre microfluidique 10b ; empilement des première 9a et deuxième 9b plaques l’une sur l’autre, de sorte à réaliser la puce microfluidique 9, de préférence avec le matériau d’intérêt logé dans la chambre microfluidique 10b ; mise en place de la puce microfluidique 9 dans la cavité de la première plaque lia ou de la deuxième plaque 11b ; assemblage du bloc lia avec le deuxième bloc 11b, de sorte à réaliser le boîtier
11 avec la puce microfluidique 9 logée de manière étanche à l’intérieur.
Les étapes 3/ et 4/ peuvent être effectuées avant ou après l’étape 2/ .
La fabrication des première 9a et deuxième 9b plaques peut comprendre une sous-étape de coulage dans des moules, de fabrication additive et/ou de micro-usinage.
Selon une première alternative, l’étape 1/ peut comprendre une fabrication de moules, lesdits moules étant des négatifs des première 9a et deuxième 9b plaques, suivie d’un coulage d’un mélange comprenant un élastomère dans lesdits moules, d’une réticulation dudit mélange puis d’un démoulage des première 9a et deuxième 9b plaques. De préférence, les moules sont fabriqués par impression 3D, de préférence par photopolymérisation d’une résine. De tels moules sont avantageusement solides et simples à manipuler. L’ élastomère est de préférence du polydiméthylsiloxane. Avantageusement, le polydiméthylsiloxane est transparent à la lumière du jour et est perméable aux gaz. De préférence, le mélange élastomère coulé est dégazé et comprend un agent réticulant. Par exemple, le mélange coulé est un mélange dégazé de polydiméthylsiloxane comprenant un agent réticulant avec un ratio en poids de 10:1, et, la réticulation est réalisée à 67°C à l’étuve pendant au moins 2h. L’orifice d’injection 28 et l’orifice d’évacuation 29 peuvent être percés après le démoulage des première et deuxième plaques 9a et 9b, notamment à l’aide d’un poinçon.
Le ou les guides d’insertion 33 peuvent être réalisés par incisions après le démoulage.
La fabrication des première 9a et deuxième 9b plaques selon cette première alternative est simple à mettre en œuvre et nécessite peu de sous-étapes comparativement à d’autres modes de fabrication usuels pour les puces microfluidiques selon l’état de l’art. Cette première alternative est particulièrement adaptée pour l’obtention d’une première plaque 9a selon les figures 3b et 3c et d’une deuxième plaque 9b selon la figure 4a. La fenêtre de visualisation 30 peut alors être monobloc avec le reste de la deuxième plaque 9b et en polydiméthylsiloxane.
Selon une deuxième alternative, l’étape 1/ peut comprendre l’impression 3D par photopolymérisation d’une résine, de préférence transparente, d’une première ébauche et d’une deuxième ébauche, la première ébauche étant une plaque aux dimensions de la première plaque 9a et comprenant un évidement 26 destiné à former la chambre microfluidique 10b, une rainure d’injection 25 débouchant en amont dans l’évidement 26 et une rainure d’évacuation 27 débouchant en aval dans l’évidement 26, la deuxième ébauche étant une plaque aux dimensions de la deuxième plaque 9b. La première ébauche peut comprendre une empreinte 31 dans l’évidement 26 ou au moins un relief de maintien 32 en saillie dans l’évidement 26. La première ébauche peut comprendre au moins un guide d’insertion 33 débouchant sur un des côtés de la première ébauche d’une part et dans l’évidement 26 en vis-à-vis du relief de maintien 32 d’autre part.
De préférence, la première ébauche comprend un renfoncement 34 pour loger un joint d’étanchéité, qui entoure l’évidement 26, la rainure d’injection 25 et la rainure d’évacuation 27. La deuxième ébauche peut comprendre un renfoncement 36 agencé de sorte à être en vis-à-vis du renfoncement 34 de la première ébauche lorsque les première et deuxième ébauches sont empilées l’une contre l’autre.
Les première et deuxième ébauches peuvent former, respectivement, les première et deuxième plaques dès l’accomplissement de l’impression 3D ou celle-ci peut être suivie d’une ou plusieurs sous-étapes pour transformer la première ébauche et/ou la deuxième ébauche en la première plaque 9a, respectivement en la deuxième plaque 9b. Notamment, l’impression 3D peut être suivie d’une sous-étape de perçage dans la première ébauche d’un orifice d’injection 28 et d’un orifice d’évacuation 29 traversant de part en part la première ébauche et agencés de sorte que la rainure d’injection 25, respectivement la rainure d’évacuation 27, débouche par une extrémité sur l’orifice d’injection 28, respectivement sur l’orifice d’évacuation 29.
La deuxième ébauche peut comprendre une fenêtre ouverte, l’impression 3D étant suivie d’une sous-étape d’insertion d’une vitre dans la fenêtre ouverte de sorte à la combler et former par là- même la fenêtre vitrée 30 de la deuxième plaque 9b. De préférence, la deuxième ébauche comprend une fente d’insertion, creusée dans son épaisseur, par laquelle la vitre est destinée s’insérer jusque dans la fenêtre ouverte. De préférence, le pourtour de la vitre est enduit d’une colle, de préférence de type cyanoacrylate. Avantageusement, la colle améliore l’étanchéité de la puce microfluidique 9.
L’impression 3D peut également être suivie d’une sous-étape de micro-usinage pour creuser des trous borgnes dans chacune des première et deuxième ébauches, puis d’une sous-étape de fixation des aimants 35 et 37 dans lesdits trous borgnes. La fixation des aimants 35 et 37 peut se faire par insertion et collage dans les trous borgnes.
Par ailleurs, l’impression 3D peut être suivie d’une sous-étape de polissage des première et deuxième ébauches. Avantageusement, cela améliore la transparence des première et deuxième ébauches.
La fabrication des première 9a et deuxième 9b plaques selon cette deuxième alternative est particulièrement adaptée pour l’obtention d’une première plaque 9a selon les figures 3d et 3e et d’une deuxième plaque 9b selon la figure 4b.
Selon une troisième alternative, la première plaque 9a peut être fabriquée par micro-usinage de la rainure d’injection 25, de l’évidement 26, de la rainure d’évacuation 27, de l’orifice d’injection 28 et de l’orifice d’évacuation 29 directement dans le matériau d’intérêt, la deuxième plaque 9b étant fabriquée selon une des méthodes décrites précédemment. La première plaque 9a est alors elle-même le matériau d’intérêt et il n’y a pas lieu de réaliser l’étape 3/ du procédé. La première plaque 9a peut également être exempte de l’empreinte 31 et de relief de maintient 32. De préférence, la première plaque 9a est similaire à la première plaque illustrée à la figure 3a. Le micro-usinage peut être réalisé par micro-fraisage ou par découpage laser, de préférence par découpage laser à CCb. De préférence, l’étape 2/ de fabrication des premier l ia et deuxième blocs 11b est réalisée par impression 3D, de préférence par photopolymérisation d’une résine, de préférence transparente. L’impression 3D peut être suivie d’un polissage des premier l ia et deuxième 11b blocs. Avantageusement, cela améliore leur transparence. L’impression 3D peut également être suivie par une intégration des aimants 49 et 50 dans les premier l ia et deuxième 11b blocs. L’intégration des aimants 49 et 50 peut se faire par insertion (fichage) et/ou par collage dans des trous borgnes dédiés.
L’étape 3/ de mise en place du matériau d’intérêt peut comprendre un collage du matériau d’intérêt dans l’empreinte 31. De préférence, le collage comprend le dépôt d’un élastomère non réticulé, de préférence du polydiméthylsiloxane, au fond de l’empreinte 31, suivi d’une insertion du matériau d’intérêt dans l’empreinte en contact avec l’élastomère, puis d’une réticulation de l’élastomère. La réticulation peut être une mise à l’étuve, par exemple une mise à l’étuve à 67°C pendant au moins Ih.
Alternativement, l’étape 3/ de mise en place d’un matériau d’intérêt sous la forme d’une fibre dans l’évidement 26 est réalisée en faisant glisser ledit matériau d’intérêt dans un des guides d’insertion 33. Le matériau d’intérêt peut être préalablement imbibé d’éthanol afin de faciliter son coulissement le long du guide d’insertion. Une fois le matériau d’intérêt logé dans l’évidement 26, les guides d’insertions 33 peuvent être colmatés, notamment par le même matériau que celui constituant la plaque 9a. Avantageusement, cela garantit une bonne étanchéité de la chambre microfluidique lors de l’étude du vieillissement et/ou de la dégradation du matériau d’intérêt. Le colmatage peut comprendre une réticulation d’un élastomère, de préférence de polydiméthylsiloxane. La réticulation peut être une mise à l’étuve, par exemple une mise à l’étuve à 67°C pendant au moins Ih.
L’étape 4/ d’empilement des première 9a et deuxième 9b plaques peut comprendre la mise en place du joint d’étanchéité entre elles, de sorte à entourer le circuit de fluide 10 dans la puce microfluidique 9. Le joint d’étanchéité peut être un joint torique trouvable dans le commerce. Alternativement, le joint d’étanchéité peut être fabriqué par découpage, de préférence par découpage laser, d’une plaque comprenant un substrat sur lequel une couche en élastomère a été déposé puis réticulé, le découpage étant suivi d’une séparation du substrat et de l’élastomère, l’élastomère découpé formant le premier joint d’étanchéité. De préférence, le substrat est en plexiglas. De préférence, l’élastomère est du polydiméthylsiloxane.
L’étape 4/ d’empilement des première 9a et deuxième 9b plaques peut comprendre leur collage l’une contre l’autre. De préférence le collage est un collage par plasma oxygène. Un tel collage améliore l’étanchéité du circuit de fluide 10 et la résistance mécanique de la puce microfluidique 9.
L’étape 5/ et/ou l’étape 6/ peuvent être précédées d’une étape de mise en place du ou des capteurs internes 22 et/ou d’un joint d’étanchéité dans le premier bloc lia et/ou le deuxième bloc 11b. Ce joint d’étanchéité entre blocs 1 la, 11b peut être un joint torique standard. D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
Liste des références citées
[1] Sheree A. Pagsuyoin et al.: “Effects of sewer biofilm on the degradation of drugs in sewage: A microcosm study”, Journal of Hazardous Materials, Vol. 424, Part D, 2022, 127666.
[2] EPA, Ecological Effects Test Guidelines OPPTS 850.1900 Generic Freshwater Microcosm Test, Laboratory.

Claims

Revendications
1. Plateforme microfluidique (2) pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé, comprenant :
- une puce microfluidique (9) délimitée par deux plaques (9a, 9b) empilées l’une sur l’autre en délimitant un circuit de fluide (10) comprenant :
•un canal microfluidique d’entrée (10a),
• une chambre microfluidique (10b) reliée en aval au canal microfluidique d’entrée, et comprenant un logement pour le matériau d’intérêt,
• un canal microfluidique de sortie (10c) relié en aval à la chambre microfluidique ;
- un boîtier (11) comprenant :
• deux blocs (l ia, 11b) dont au moins un comprend une cavité (39, 45), les deux blocs étant assemblés ensemble pour loger de manière étanche la puce microfluidique,
• une entrée fluidique (12) par laquelle un fluide est destiné à être injecté, qui est reliée en amont au canal microfluidique d’entrée, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier,
• une sortie fluidique (13) par laquelle le fluide est destiné à être évacué, qui est reliée en aval au canal microfluidique de sortie, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier.
2. Plateforme selon la revendication 1, le logement pour le matériau d’intérêt étant une empreinte (31) au sein d’un évidement (26) de l’une des deux plaques, ledit évidement étant destiné à former la chambre microfluidique.
3. Plateforme selon la revendication 1, le logement pour le matériau d’intérêt comprenant au moins un relief de maintien (32) en saillie dans un évidement (26) de l’une des plaques, ledit évidement étant destiné à former la chambre microfluidique.
4. Plateforme selon la revendication 3, comprenant au moins un guide d’insertion (33) pour y insérer le matériau d’intérêt, qui débouche sur un des côtés d’une des plaques et dans l’évidement en vis-à-vis du relief de maintien.
5. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, les plaques de la puce microfluidique étant en un matériau transparent pour les rayonnements ultra-violets et/ou visibles et/ou infrarouges, de préférence en polydiméthylsiloxane ou en résine transparente photo-polymérisée.
6. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, les plaques de la puce microfluidique comprenant un ou plusieurs aimants (35, 37) pour les maintenir empilées l’une sur l’autre.
7. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, comprenant un joint d’étanchéité agencé dans la puce microfluidique autour du circuit de fluide.
8. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, les blocs du boitier comprenant un ou plusieurs aimants (49, 50) pour les maintenir assemblés.
9. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, comprenant un joint d’étanchéité agencé dans le boîtier autour de la puce microfluidique.
10. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un capteur interne (22) logé dans l’un des blocs de sorte à être en regard de la chambre microfluidique lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier, afin de mesurer au moins un paramètre environnemental de la chambre microfluidique, choisi parmi la température, la pression, le pH ou la concentration en gaz, le champ magnétique, l’humidité et la vitesse de la chambre microfluidique.
11. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un capteur externe (23) configuré pour déterminer un paramètre environnemental du circuit de fluide à partir d’une mesure relevée hors du circuit de fluide, le paramètre environnemental étant choisi parmi la température, un potentiel d’oxydoréduction, notamment le pH, ou la présence, voire la quantité, d’une substance dans le fluide circulant dans le circuit de fluide.
12. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif de régulation thermique pour chauffer et/ou refroidir le boîtier, de préférence sous la forme d’un module Peltier et/ou d’une source de rayonnement infrarouge et/ou d’un échangeur de chaleur.
13. Plateforme selon l’une des revendications précédentes, une des plaques comprenant une fenêtre de visualisation (30) à travers laquelle la chambre microfluidique peut être visualisée lorsque les plaques sont empilées, et un des blocs comprenant un hublot de visualisation (21) superposé avec la fenêtre de visualisation, lorsque la puce microfluidique est logée dans le boîtier.
14. Installation (1) pour le suivi de la dégradation et/ou du vieillissement d’un matériau d’intérêt dans un environnement simulé, l’installation comprenant :
- une plateforme (2) selon l’une des revendications précédentes,
- un dispositif de perfusion (3) pour injecter à une pression donnée un fluide dans l’entrée fluidique.
15. Installation selon la revendication 14, comprenant un régulateur de débit (4) relié en aval à la sortie fluidique pour réguler l’écoulement du fluide dans le circuit de fluide à un débit déterminé.
16. Installation selon la revendication 14 ou 15, comprenant un collecteur de fluide (5) relié en aval de la sortie fluidique pour récupérer et stocker les effluents en sortie du circuit de fluide.
17. Installation selon l’une des revendications 14 à 16, comprenant une source lumineuse (6), de préférence au moins une LED, adaptée pour émettre un rayonnement dans l’infrarouge et/ou dans le visible et/ou dans l’ultra-violet, pour illuminer le boîtier.
18. Installation selon l’une des revendications 14 à 17, comprenant au moins un dispositif de visualisation (7) pour visualiser le matériau d’intérêt dans le logement de la chambre microfluidique, de préférence la plateforme microfluidique étant selon la revendication 13 et le dispositif de visualisation étant agencé avec le hublot de visualisation dans son champ de vision.
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