FR2836072A1 - Composant utilisant un materiau composite et destine a un microsysteme d'analyse biologique ou biochimique - Google Patents
Composant utilisant un materiau composite et destine a un microsysteme d'analyse biologique ou biochimique Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique formé à partir d'un support et possédant au moins une zone de surface fonctionnalisée chimiquement, pour y permettre la formation d'une chimie d'accrochage d'éléments biologiques ou biochimiques, et/ ou électriquement, pour y permettre la formation de charges électriques. Le support comprend au moins une partie (21) réalisée en matériau composite, le matériau composite étant un mélange d'au moins un matériau inerte et d'au moins un matériau fonctionnalisable chimiquement et/ ou électriquement pour fournir ladite zone de surface fonctionnalisée.
Description
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COMPOSANT UTILISANT UN MATERIAU COMPOSITE ET DESTINE A
UN MICROSYSTEME D'ANALYSE BIOLOGIQUE OU BIOCHIMIQUE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique, ce composant utilisant un matériau composite. Elle concerne également un procédé de réalisation d'un tel composant.
UN MICROSYSTEME D'ANALYSE BIOLOGIQUE OU BIOCHIMIQUE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique, ce composant utilisant un matériau composite. Elle concerne également un procédé de réalisation d'un tel composant.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Un microsystème pour l'analyse biologique ou biochimique est réalisé à partir d'un support ou substrat choisi pour qu'une surface (qui peut être constituée de plusieurs zones) de ce support ou substrat apporte une ou plusieurs fonctions. Il peut s'agir d'une fonctionnalité chimique ou d'une fonctionnalité électrique.
Un microsystème pour l'analyse biologique ou biochimique est réalisé à partir d'un support ou substrat choisi pour qu'une surface (qui peut être constituée de plusieurs zones) de ce support ou substrat apporte une ou plusieurs fonctions. Il peut s'agir d'une fonctionnalité chimique ou d'une fonctionnalité électrique.
La fonctionnalité chimique intervient lorsque des éléments biologiques ou biochimiques doivent être accrochés au support. Généralement, les supports sont en verre ou en silice, ce qui permet l'accrochage des éléments biologiques ou biochimiques par une chimie de couplage bien maîtrisée, par exemple par silanisation.
La fonctionnalité électrique intervient pour la circulation de fluides dans des micro-canaux ou des micro-réservoirs. Les microsystèmes à circulation de fluides utilisent généralement des pompages électrocinétiques, tels que l'électro-osmose, pour
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faire circuler des fluides dans des micro-canaux et micro-réservoirs réalisés dans les supports. Ces modes de pompage imposent l'existence de surfaces électriquement actives. C'est l'utilisation de champs électriques élevés, combinés à la présence de surfaces électriquement actives, qui permet un écoulement fluidique. Les supports connus, en verre ou en silice, conviennent bien à ces modes de pompage.
Les supports en verre ou en silicium conviennent donc bien à l'obtention des fonctionnalités chimique et électrique.
Il est de plus en plus fait référence à l'utilisation de matériaux inertes tels que les polymères, les plastiques, les colles, dans la réalisation de ces microsystèmes. Cependant, la chimie d'accrochage des éléments biologiques ou biochimiques sur ces matériaux inertes dépend de leur formulation chimique et reste délicat à mettre en oeuvre. Des matériaux tels que les plastiques moulés pour réaliser des micro-canaux, des polymères ou des résines photosensibles pour réaliser des microstructures seraient très largement utilisées dès lors qu'il serait possible d'y accrocher facilement des éléments biologiques ou biochimiques. En effet, ces matériaux sont de faible coût et sont utilisables en grande série.
Par ailleurs, les écoulements électrocinétiques sont problématiques dans des matériaux tels que les polymères classiques et nécessitent l'emploi de techniques lourdes telles que l'activation par plasma afin de générer des surfaces
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électriquement chargées. Cependant, il a été montré que ceci ne permet pas d'activer définitivement la surface traitée. Le système évolue donc dans le temps.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention apporte une solution aux problèmes exposés ci-dessus. Elle permet l'utilisation de matériaux chimiquement inertes (les polymères, les résines, les plastiques, les colles, etc. ) pour réaliser des supports de composants pour microsystèmes d'analyse biologique ou biochimique, ces matériaux inertes étant utilisés en combinaison avec un matériau fonctionnalisable afin de permettre l'accrochage d'éléments biologiques ou biochimiques.
La présente invention apporte une solution aux problèmes exposés ci-dessus. Elle permet l'utilisation de matériaux chimiquement inertes (les polymères, les résines, les plastiques, les colles, etc. ) pour réaliser des supports de composants pour microsystèmes d'analyse biologique ou biochimique, ces matériaux inertes étant utilisés en combinaison avec un matériau fonctionnalisable afin de permettre l'accrochage d'éléments biologiques ou biochimiques.
Les éléments biologiques ou biochimiques peuvent ensuite être greffés par des techniques classiques, par exemple par une technique de silanisation.
Le matériau fonctionnalisable biologiquement ou biochimiquement est incorporé directement au matériau inerte (plastique, colle) pour obtenir un matériau composite. Plusieurs solutions peuvent être envisagées pour obtenir ce matériau composite.
Une solution consiste à réaliser un mélange de deux phases liquides qui, après plusieurs étapes technologiques, sont figées sous la forme d'un matériau composite. L'une des phases (par exemple de la silice synthétique) permet d'assurer la fonctionnalisation par une chimie d'accrochage identique à celle réalisée sur un substrat en verre (par exemple la silanisation).
Une autre solution consiste à mélanger, soit directement à un plastique constituant le matériau inerte, soit à un polymère photosensible ou non, des
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éléments (de préférence des billes) en silice, en verre, en métal ou en polymère fonctionnalisable. Les billes assurent la fixation des éléments biologiques ou biochimiques et ont également l'avantage d'augmenter la surface d'accrochage pour les éléments biologiques ou biochimiques.
Si un matériau photosensible est utilisé comme matériau inerte, le matériau composite obtenu permet de réaliser des composants structurés par des méthodes utilisées en microtechnologie. La fonctionnalisation a encore lieu soit sur la phase dispersée dans le matériau photosensible, soit sur des éléments inclus dans ce matériau.
Le matériau déposé peut aussi être un matériau procurant une fonctionnalité électrique au composant, ce qui autorise la circulation de fluides par pompage électrocinétique.
L'invention a donc pour objet un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique formé à partir d'un support et possédant au moins une zone de surface fonctionnalisée chimiquement, pour y permettre la formation d'une chimie d'accrochage d'éléments biologiques ou biochimiques, et/ou électriquement, pour y permettre la formation de charges électriques, caractérisé en ce que le support comprend au moins une partie réalisée en matériau composite, le matériau composite étant un mélange d'au moins un matériau inerte et d'au moins un matériau fonctionnalisable chimiquement et/ou électriquement pour fournir ladite zone de surface fonctionnalisée.
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De préférence, le matériau inerte du matériau composite est un matériau choisi parmi un polymère, un plastique, une résine et une colle. Le polymère peut être un polyimide, un poly (diméthylsiloxane) ou une résine photosensible de type époxy.
Ladite partie peut former le support dans sa totalité.
Le support peut comprendre un substrat supportant ladite partie. Le substrat peut être en un matériau choisi parmi le verre, la silice, le silicium, un polymère et un métal.
Ladite partie peut être structurée.
Avantageusement, le matériau fonctionnalisable est choisi parmi la silice, la silice synthétisée, le nitrure de silicium, un métal et un polymère fonctionnalisable.
Le matériau composite peut être un mélange comprenant une phase de matériau inerte et une phase de matériau fonctionnalisable.
Il peut aussi être constitué d'éléments d'un matériau fonctionnalisable dispersés dans le matériau inerte. Le matériau fonctionnalisable peut se présenter sous la forme de billes.
L'invention a aussi pour objet un procédé de réalisation d'un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique à partir d'un support, le support devant présenter au moins une zone de surface fonctionnalisée chimiquement pour y permettre la formation d'une chimie d'accrochage d'éléments biologiques ou biochimiques, et/ou
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électriquement, pour y permettre ; la formation de charges électriques, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'un support comprenant au moins une partie en matériau composite, le matériau composite étant un mélange d'au moins un matériau inerte et d'au moins un matériau fonctionnalisable chimiquement et/ou électriquement pour fournir ladite zone de surface fonctionnalisée.
Selon une première variante de mise en oeuvre, le matériau composite peut être obtenu par mélange en phases liquides du matériau inerte et du matériau fonctionnalisable, le mélange étant ensuite solidifié pour fournir ladite partie en matériau composite.
Selon une deuxième variante de mise en oeuvre, le matériau composite peut être obtenu par dispersion d'éléments en matériau fonctionnalisable dans le matériau inerte en phase liquide, le mélange étant ensuite solidifié pour fournir ladite partie en matériau composite. De préférence, lesdits éléments en matériau fonctionnalisable sont sous forme de billes.
Le matériau inerte en phase liquide dans lequel sont dispersés lesdits éléments peut être coulé sur un support à empreinte (s) avant d'être solidifié.
Le support à empreinte (s) peut être retiré après solidification du mélange.
Le matériau inerte en phase liquide dans lequel sont dispersés lesdits éléments peut être déposé sur un support avant d'être solidifié. Si le matériau inerte est un matériau photosensible, ladite partie en matériau composite peut être, après
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solidification, structurée par photo-lithographie. Si le dépôt se fait sur une surface du support présentant au moins une empreinte, le matériau composite peut être, après solidification, éliminé hors de l'empreinte. Si le matériau inerte est un matériau photosensible, l'élimination du matériau composite hors de l'empreinte peut se faire par photo-lithographie.
Selon une troisième variante de mise en oeuvre, le support présentant une face avec au moins une empreinte, des éléments en matériau fonctionnalisable sont déposés au fond de l'empreinte, puis le matériau inerte en phase liquide est coulé sur ladite face du support, ensuite le matériau inerte est solidifié pour fournir le matériau composite au fond de l'empreinte, le support étant enfin retiré. Avantageusement, lesdits éléments en matériau fonctionnalisable sont sous forme de billes.
Quel que soit le mode de mise en oeuvre, la solidification peut être obtenue par un traitement thermique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - les figures lA et lB sont des vues en coupe illustrant la réalisation d'un premier composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique selon l'invention,
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - les figures lA et lB sont des vues en coupe illustrant la réalisation d'un premier composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique selon l'invention,
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- les figures 2A et 2B' sont des vues en coupe illustrant la réalisation d'un deuxième composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique selon l'invention, - les figures 3A et 3B sont des vues en coupe illustrant la réalisation d'un troisième composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique selon l'invention, - les figures 4A à 4C sont des vues en coupe illustrant la réalisation d'un quatrième composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique selon l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION
Les figures lA et 1B illustrent la réalisation d'un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique en utilisant un support à empreinte.
Les figures lA et 1B illustrent la réalisation d'un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique en utilisant un support à empreinte.
La figure lA montre un support 10, par exemple en silicium, dont la face supérieure a été usinée ou gravée pour former une empreinte consistant en une dépression 11 prolongée par des tranchées 12.
Sur l'empreinte, on vient couler un mélange d'un matériau composite liquide 13 constitué d'un polymère (par exemple du poly (diméthylsiloxane)) et de microbilles (par exemple des billes de silice de 1/lm de diamètre). La quantité de matériau composite liquide est prévue pour remplir l'empreinte dans sa totalité.
Le support et son contenu sont alors disposés dans une étuve maintenue à 60 C pendant 4 heures.
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Après évacuation des solvants contenus dans le polymère, le matériau composite est démoulé du support. Le composant 16 obtenu est représenté à la figure 1B. Il comprend une base 14 complémentaire de la dépression 11 et des parois 15 perpendiculaires à la base et complémentaires des tranchées 12. Deux parois consécutives définissent un canal. Le composant obtenu est prêt à subir des protocoles chimiques et/ou électriques permettant de le fonctionnaliser.
Les figures 2A et 2B illustrent la réalisation d'un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique à partir d'un matériau composite photosensible.
Des motifs en polymère ou en résine photosensible peuvent être réalisés sur des substrats plans, ce qui évite l'utilisation de machines de gravure complexe. Par exemple, la réalisation de plots ou de canaux dans une lame de verre ou de silicium est remplacée par une simple photo-lithographie.
La gravure profonde du verre est délicate.
Elle ne peut être réalisée par plasma à cause du blocage de la gravure par les impuretés ioniques et métalliques contenues dans le verre. Le verre est donc gravé par voie chimique isotrope, ce qui interdit la réalisation de motifs fins à faibles pas. L'invention permet de réaliser de telles structures en utilisant un matériau composite photosensible.
La figure 2A montre un support 20 en silicium de 100 mm de diamètre dont la face supérieure est recouverte d'une couche de matériau composite 21.
Le matériau composite est constitué d'un polyimide
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photosensible commercialisé sous l'appellation "Probimide 7510"dans lequel sont dispersées des microbilles, par exemple des billes de silice de 1 um de diamètre. Le mélange est déposé à la tournette sur le support 20 à une vitesse de 3000 tours/minute puis recuit à 1100C sur une plaque chauffante.
Le matériau composite est insolé par des rayons ultra-violets à travers un masque puis développé afin d'obtenir le composant souhaité, par exemple celui représenté à la figure 2B où des tranchées 22 sont visibles dans le matériau composite 21. Ensuite, le matériau composite est recuit à 1500C sur une plaque chauffante, puis à 3000C dans un four de traitement thermique.
Les figures 3A et 3B illustrent la réalisation d'un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique pour lequel le matériau composite est localisé dans un canal.
La figure 3A montre un support 30 en polymère dont une face présente une empreinte 31 réalisée par une technique classique telle que l'emboutissage, le moulage ou l'ablation laser. Une couche 32 de matériau composite est déposée sur la face présentant une empreinte en recouvrant les parois de l'empreinte. Le matériau composite est constitué d'un polyimide photosensible commercialisé sous l'appellation"Probimide 7510"dans lequel sont dispersées des microbilles, par exemple des billes de silice de 1 um de diamètre. Le matériau composite est déposé par trempage puis recuit à 110 C sur une plaque chauffante.
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Le matériau composite déposé est insolé, à travers un masque, par des rayons ultra-violets puis développé afin d'obtenir le composant souhaité, représenté à la figure 3B. Pour ce composant, seules les parois de l'empreinte 31 sont recouvertes d'une couche 33 de matériau composite. Le matériau composite est ensuite recuit à 150 C sur une plaque chauffante puis à 3000C dans un four de traitement thermique.
Les figure 4A à 4C illustrent la réalisation d'un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique où le matériau composite est obtenu par dépôt de matériau inerte sur un lit de billes.
La figure 4A montre un support 40, par exemple un support en silicium de 100 mm de diamètre, dont la face supérieure a été usinée ou gravée pour former une empreinte consistant en une série de tranchées parallèles 41. On dépose au fond des tranchées 41 des billes 42 en silice de 100 m de diamètre.
Comme le montre la figure 4B un matériau inerte 43, par exemple un poly (diméthylsiloxane), est coulé sur le support 40. Le matériau inerte remplit les tranchées 41 et se mélange avec les billes 42 au fond des tranchées.
L'ensemble est disposé dans une étuve à 600C pendant 4 heures. Après évacuation des solvants contenus dans le polymère, on procède au démoulage. On obtient le composant représenté à la figure 4C constitué d'une base 44 et de parois 45, le sommet 46 des parois étant en matériau composite. Le composant
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est prêt à subir des protocoles chimiques permettant de le fonctionnaliser.
Claims (24)
1. Composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique formé à partir d'un support et possédant au moins une zone de surface fonctionnalisée chimiquement, pour y permettre la formation d'une chimie d'accrochage d'éléments biologiques ou biochimiques, et/ou électriquement, pour y permettre la formation de charges électriques, caractérisé en ce que le support comprend au moins une partie (16,21, 33,46) réalisée en matériau composite, le matériau composite étant un mélange d'au moins un matériau inerte et d'au moins un matériau fonctionnalisable chimiquement et/ou électriquement pour fournir ladite zone de surface fonctionnalisée.
2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau inerte du matériau composite est un matériau choisi parmi un polymère, un plastique, une résine et une colle.
3. Composant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polymère est un polyimide, un poly (diméthylsiloxane) ou une résine photosensible de type époxy..
4. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie (16) forme le support dans sa totalité.
<Desc/Clms Page number 14>
5. Composant selon la'revendication 1, caractérisé en ce que le support comprend un substrat (20,30) supportant ladite partie.
6. Composant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le substrat (20,30) est en un matériau choisi parmi le verre, la silice, le silicium, un polymère et un métal.
7. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite partie (21) est structurée.
8. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau fonctionnalisable est choisi parmi la silice, la silice synthétisée, le nitrure de silicium, un métal et un polymère fonctionnalisable.
9. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le matériau composite est un mélange comprenant une phase de matériau inerte et une phase de matériau fonctionnalisable.
10. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le matériau composite est constitué d'éléments d'un matériau fonctionnalisable dispersés dans le matériau inerte.
<Desc/Clms Page number 15>
11. Composant selon la'revendication 10, caractérisé en ce que le matériau fonctionnalisable se présente sous la forme de billes (42).
12. Procédé de réalisation d'un composant pour microsystème d'analyse biologique ou biochimique à partir d'un support, le support devant présenter au moins une zone de surface fonctionnalisée chimiquement pour y permettre la formation d'une chimie d'accrochage d'éléments biologiques ou biochimiques, et/ou électriquement, pour y permettre la formation de charges électriques, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'un support comprenant au moins une partie (16,21, 33,46) en matériau composite, le matériau composite étant un mélange d'au moins un matériau inerte et d'au moins un matériau fonctionnalisable chimiquement et/ou électriquement pour fournir ladite zone de surface fonctionnalisée.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau composite est obtenu par mélange en phases liquides du matériau inerte et du matériau fonctionnalisable, le mélange étant ensuite solidifié pour fournir ladite partie en matériau composite.
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau composite est obtenu par dispersion d'éléments en matériau fonctionnalisable dans le matériau inerte en phase liquide, le mélange
<Desc/Clms Page number 16>
étant ensuite solidifié pour fournir ladite partie en matériau composite.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits éléments en matériau fonctionnalisable sont sous forme de billes (42).
16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le matériau inerte en phase liquide dans lequel sont dispersés lesdits éléments est coulé sur un support à empreinte (s) (10) avant d'être solidifié.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le support à empreinte (s) (10) est retiré après solidification du mélange.
18. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le matériau inerte en phase liquide dans lequel sont dispersés lesdits éléments est déposé sur un support (20,30) avant d'être solidifié.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que le matériau inerte étant un matériau photosensible, ladite partie en matériau composite (21) est, après solidification, structurée par photo-lithographie.
20. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dépôt se faisant sur une
<Desc/Clms Page number 17>
surface du support (30) présentant au moins une empreinte (31), le matériau composite (32) est, après solidification, éliminé hors de l'empreinte.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le matériau inerte étant un matériau photosensible, l'élimination du matériau composite hors de l'empreinte se fait par photolithographie.
22. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le support (40) présentant une face avec au moins une empreinte (41), des éléments en matériau fonctionnalisable (42) sont déposés au fond de l'empreinte, puis le matériau inerte (43) en phase liquide est coulé sur ladite face du support, ensuite le matériau inerte est solidifié pour fournir le matériau composite (46) au fond de l'empreinte, le support étant enfin retiré.
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdits éléments en matériau fonctionnalisable (42) sont sous forme de billes.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 23, caractérisé en ce que ladite solidification est obtenue par un traitement thermique.
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