FR2880880A1 - Remplissage d'un microcanal d'un composant d'un microsysteme fluidique - Google Patents
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Abstract
Procédé de remplissage d'un microcanal (12) formé dans un composant (10) d'un microsystème fluidique, réalisé en matériau plastique ou en élastomère susceptible d'absorber les gaz, le procédé consistant à dégazer le composant (10) et ensuite à introduire dans un puits d'alimentation (14) du microcanal (12) un liquide (24) qui remplit le microcanal (12) par aspiration produite par absorption par le matériau du gaz contenu dans le microcanal (12).
Description
REMPLISSAGE D'UN MICROCANAL D'UN COMPOSANT
D'UN MICROSYSTEME FLUIDIQUE L'invention concerne le remplissage d'un microcanal d'un composant d'un microsystème fluidique ainsi qu'un tel composant adapté à ce remplissage.
Les composants des microsystèmes fluidiques sont le plus souvent réalisés en matériau plastique ou en élastomère et comprennent des microcanaux dont la largeur et la hauteur sont de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres. Il est difficile de remplir de liquide ces microcanaux, d'autant plus que certains des matériaux les plus utilisés pour fabriquer ces composants sont hydrophobes, notamment le polydiméthylsiloxane ou PDMS.
Il faut aussi veiller à ce que le liquide introduit dans un microcanal d'un tel composant ne contienne pas de bulles d'air ou de gaz qui seraient susceptibles de gêner, voire d'arrêter l'écoulement du liquide dans le microcanal. De plus, le matériau plastique ou l'élastomère dans lequel est formé le composant absorbe facilement les gaz et est donc susceptible de dégazer et de libérer des bulles de gaz dans le liquide contenu dans le microcanal, par exemple en conséquence d'une élévation de température ou d'une baisse de la pression dans le microcanal.
La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes.
Elle propose un procédé de remplissage d'un microcanal dans un composant d'un microsystème fluidique, ce composant étant réalisé au moins en partie en matériau plastique ou en élastomère susceptible d'absorber des gaz avec lesquels il est en contact, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre ledit composant à un dégazage sous vide, puis à placer ce composant dans une atmosphère ambiante ou environnante, à introduire un liquide dans le microcanal du composant et à remplir le microcanal dudit liquide en laissant agir sur le liquide une aspiration résultant d'une absorption par le composant des gaz contenus dans le microcanal.
Le composant en matériau plastique ou en élastomère qui a été dégazé a tendance à réabsorber immédiatement les gaz avec lesquels il est en contact.
L'invention met à profit ce phénomène pour créer une aspiration dans un microcanal du composant et utilise cette aspiration pour remplir le microcanal de liquide.
L'aspiration provoquée par la réabsorption de gaz par le composant dégazé est largement suffisante pour remplir de liquide un microcanal de dimension usuelle.
Si le liquide introduit dans le microcanal contient lui-même des bulles d'air ou de gaz, celles-ci vont être absorbées par le composant de sorte que le liquide remplissant le canal est purgé de ces bulles d'air ou de gaz.
Le remplissage d'un microcanal d'un composant du type précité peut donc être réalisé automatiquement et de façon particulièrement fiable, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser les moyens connus à cet effet dans la technique antérieure, qui sont en général peu faciles à mettre en oeuvre et qui ne permettent pas de résoudre les problèmes causés par la présence de bulles d'air ou de gaz dans le liquide.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste également à enfermer sous vide le composant dégazé dans un emballage hermétique et, ultérieurement, à ouvrir cet emballage pour utiliser le composant, cette utilisation comprenant une introduction d'un liquide dans un microcanal du composant, l'intervalle de temps entre l'ouverture de l'emballage du composant et l'introduction du liquide dans le microcanal du composant étant inférieur à une durée prédéterminée.
Cette durée prédéterminée est de 15 à 20 minutes environ quand le composant est en un élastomère du type PDMS.
Le dégazage du composant est réalisé sous un vide partiel pendant une durée minimale prédéterminée qui, par exemple, est d'environ 1 à 2 heures quand le dégazage est réalisé à une pression d'environ 100 à 200 mbar (1 à 2.104 Pa).
De préférence, pour le remplissage du microcanal du composant, du liquide est introduit dans un puits d'alimentation formé à une extrémité du microcanal, de sorte que le liquide introduit dans ce puits forme un obstacle isolant le microcanal de l'atmosphère environnante.
L'absorption du gaz contenu dans le microcanal par le composant permet alors un remplissage complet du microcanal par le liquide sans aucune bulle d'air ou de gaz.
L'invention propose également un composant d'un microsystème fluidique, réalisé au moins en partie en matière plastique ou en élastomère susceptible d'absorber des gaz et comprenant au moins un microcanal destiné à être rempli d'un liquide, ce composant étant caractérisé en ce qu'il a été préalablement dégazé sous vide et en ce qu'il est conditionné sous vide dans un emballage hermétique.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le composant comprend un puits d'alimentation ouvert à une extrémité et relié au microcanal par son autre extrémité.
L'extrémité du microcanal opposée à ce puits d'alimentation peut être fermée ou bien peut déboucher dans un autre puits d'alimentation.
Dans ce dernier cas, une partie médiane du microcanal a une section supérieure à celle des parties d'extrémités du microcanal reliées au puits d'alimentation et forme une zone de mélange de liquide.
Selon une autre caractéristique de l'invention, plusieurs microcanaux peuvent être reliés par une de leurs extrémités à un même puits d'alimentation.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le microcanal est formé dans une face inférieure du composant qui est appliquée sur un support approprié formant le fond du microcanal, et le puits d'alimentation précité débouche sur une face supérieure du composant.
Le support peut être en verre, en matériau plastique non dégazable ou en toute autre matière appropriée et peut ou non constituer un ensemble unitaire avec le composant.
L'invention est applicable dans de nombreux domaines: amortissement fluidique, analyse d'échantillons biologiques ou chimiques, réactions de catalyse hétérogène, d'hybridation d'ADN, d'agrégation de particules, etc. ..
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un composant selon l'invention conditionné sous vide dans un emballage hermétique; - la figure 2 est une vue schématique en coupe de ce composant sorti de son emballage et posé sur un support approprié ; - les figures 3, 4 et 5 sont des vues correspondant à la figure 2 et représentent trois étapes du remplissage d'un microcanal du composant par un liquide; - la figure 6 est une vue schématique de dessus d'une variante de réalisation du composant; - la figure 7 est une vue schématique de dessus d'une autre variante de réalisation du composant; - la figure 8 est un organigramme des principales étapes du procédé selon l'invention.
Le composant 10 représenté schématiquement aux figures 1 à 5 est un composant d'un microsystème fluidique réalisé au moins en partie en un élastomère tel que du PDMS (polydiméthylsiloxane) et se présente sous forme d'un petit bloc ou d'une plaquette dont une face comporte un microcanal 12 relié par l'une de ses extrémités à un puits d'alimentation 14 qui débouche sur une face opposée du composant 10, l'autre extrémité du microcanal étant fermée (non débouchante).
Ce composant 10 en élastomère a été, selon l'invention, dégazé sous vide et conditionné sous vide dans un emballage hermétique 16 réalisé en un matériau approprié étanche aux gaz.
L'emballage 16 forme par exemple une alvéole dans laquelle est placé le composant 10 et qui est fermée de façon étanche par un opercule 18.
Le dégazage auquel est soumis le composant 10 avant son conditionnement est réalisé sous un vide partiel à une pression de 100 à 200 mbars par exemple (1 à 2.104 Pa) pendant une durée d'une à deux heures environ.
Pour être utilisé, le composant 10 est sorti de son emballage 16 et posé sur un support approprié 20 tel par exemple qu'une plaque de verre ou de matériau plastique approprié, le composant 10 étant posé sur cette plaque 20 par sa face dans laquelle est formé le microcanal 12.
Ce microcanal contient un réactif 22 qui est fixé, par exemple par greffage, en un point prédéterminé du support 20.
Lorsque le composant 10 est en PDMS ou analogue, son adhérence sur le support 20 en verre ou en matériau plastique est naturelle.
On introduit ensuite un liquide 24 dans le puits 14 comme représenté en figure 3, de façon à remplir au moins une partie de ce puits par le liquide 24 qui forme alors un bouchon séparant le microcanal 12 de l'atmosphère environnante.
Le matériau du composant 10 est dans cet exemple naturellement hydrophobe et cette propriété du matériau et le gaz contenu dans le microcanal 12 s'opposent à ce que le liquide 24 remplisse le microcanal 12 et vienne au contact du réactif 22.
Toutefois, le composant 10 qui a été dégazé sous vide, absorbe les gaz avec lesquels il est en contact et notamment le gaz (c'est-à-dire de l'air dans la plupart des cas) qui remplit le microcanal 12. Cette absorption se traduit par une baisse de pression dans le microcanal 12 et donc par une aspiration du liquide contenu dans le puits 14. Les capacités d'absorption de gaz par le matériau dégazé du composant 10 sont telles que tout le gaz contenu dans le microcanal 12 peut être absorbé par le composant 10 et remplacé au fur et à mesure par le liquide 24 contenu dans le puits 14, comme représenté schématiquement aux figures 4 et 5.
Si, éventuellement, le liquide 24 contient lui-même des bulles d'air ou de gaz, ces bulles vont être absorbées par le matériau du composant 10 lors du remplissage du microcanal 12 par le liquide 24.
Lorsque le microcanal 12 est totalement rempli comme représenté en figure 5, on peut procéder aux opérations prévues pour réaliser une réaction donnée du liquide 24 sur le réactif 22, ces opérations comprenant par exemple des cycles de chauffage, de maintien en température, etc...
pendant une durée plus ou moins longue.
Lors de ce traitement, le matériau du composant 10 qui a réabsorbé relativement peu de gaz depuis son déconditionnement, n'est pas susceptible, pendant une durée de plusieurs heures, de libérer des bulles d'air ou de gaz dans le liquide 24 contenu dans le microcanal 12, ce qui permet de réaliser sans difficulté les réactions prévues.
Typiquement, un composant 10 dégazé et conditionné sous vide comme indiqué plus haut, doit être utilisé dans les 15 à 20 minutes qui suivent l'ouverture de l'emballage 16, la réabsorption de gaz par le matériau du composant 10 étant suffisante pour assurer le remplissage du ou des microcanaux 12 par le ou les liquides appropriés, après quoi le composant 10 peut être utilisé pendant 5 à 6 heures environ sans libérer de bulles de gaz dans le ou les microcanaux 12 au cours de son utilisation.
La configuration du composant et de son ou de ses microcanaux et puits d'alimentation peut être quelconque.
Par exemple, comme représenté schématiquement en figure 6, un même puits d'alimentation 14 peut être relié aux extrémités de plusieurs microcanaux 12 s'étendant en étoile autour du puits 14.
Comme représenté schématiquement en figure 7, un même microcanal 12 peut être relié à ses extrémités à deux puits d'alimentation 14 et comprendre une zone médiane 26 de plus grande dimension, formant une zone de mélange des liquides introduits dans les puits 14.
De nombreuses autres variantes de configuration sont bien entendu possibles.
Typiquement et de façon classique, les dimensions des microcanaux 12 sont de quelques dizaines à quelques centaines de dam en hauteur et en largeur.
La présente invention permet toutefois, si cela est utile, de réaliser des microcanaux dont les dimensions en hauteur et en largeur sont inférieures à celles indiquées ci-dessus et qui seraient très difficiles à remplir de liquide par les moyens connus de la technique antérieure.
Le procédé de remplissage selon l'invention permet dans tous les cas d'assurer un remplissage total des microcanaux 12, même si leurs dimensions sont très faibles et si le matériau du composant 10 est hydrophobe.
Comme représenté schématiquement en figure 8, le procédé selon l'invention consiste essentiellement en un dégazage préalable 30 du composant 10 par exposition à un vide partiel pendant une durée suffisante, ce dégazage étant suivi par un conditionnement sous vide 32 dans un emballage hermétique, le composant 10 ainsi conditionné pouvant être stocké un certain temps.
Pour son utilisation, le composant 10 est déconditionné (étape 34) et doit être utilisé en 36 dans les 15 à 20 minutes qui suivent l'ouverture de l'emballage hermétique.
En variante, il est bien entendu possible de dégazer le composant 10 de la façon indiquée, puis de l'utiliser dans les 15 à 20 minutes qui suivent la fin du dégazage, sans le conditionner entre temps dans un emballage hermétique.
Dans une autre variante, il est aussi possible de poser ou fixer le composant 10 sur le support 20 comportant le ou les réactifs 22, de dégazer de la façon précitée l'ensemble composant 10-support 20, d'enfermer sous vide cet ensemble dans un emballage étanche et de le stocker avant de l'utiliser.
Claims (14)
1. Procédé de remplissage d'un microcanal dans un composant d'un microsystème fluidique, ce composant étant réalisé au moins en partie en un matériau plastique ou en un élastomère susceptible d'absorber des gaz avec lesquels il est en contact, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le composant (10) à un dégazage sous vide, puis à placer ce composant dans une atmosphère ambiante ou environnante, à introduire un liquide (24) dans le microcanal (12) du composant et à remplir le microcanal (12) du liquide (24) en laissant agir sur le liquide une aspiration résultant d'une absorption par le composant du gaz contenu dans le microcanal (12).
2. Procédé de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à enfermer sous vide le composant dégazé (10) dans un emballage hermétique (16) et, ultérieurement à ouvrir cet emballage pour utiliser le composant (10), cette utilisation comprenant une introduction de liquide dans le microcanal (12) du composant, l'intervalle de temps entre l'ouverture de l'emballage (16) du composant et l'introduction du liquide dans le microcanal (12) du composant étant inférieur à une valeur prédéterminée.
3. Procédé de remplissage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'intervalle de temps est de 15 à 20 minutes environ quand le composant est en élastomère du type PDMS.
4. Procédé de remplissage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le liquide (24) dans un puits d'alimentation (14) formé à une extrémité du microcanal (12) de sorte que le liquide introduit dans ce puits forme un obstacle isolant le microcanal (12) de l'atmosphère environnante.
5. Procédé de remplissage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dégazage du composant (10) est réalisé sous un vide partiel pendant une durée minimale prédéterminée.
6. Procédé de remplissage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la durée du dégazage est d'environ 1 à 2 heures quand le dégazage est réalisé à une pression d'environ 100 à 200 mbars (1 à 2.104 Pa).
7. Procédé de remplissage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant (10) est posé ou fixé sur un support (20) quand il est dégazé puis conditionné sous vide.
8. Composant d'un microsystème fluidique, réalisé au moins en partie en matière plastique ou en élastomère susceptible d'absorber des gaz et comprenant au moins un microcanal (12) destiné à être rempli d'un liquide, caractérisé en ce qu'il a été préalablement dégazé sous vide et est conditionné sous vide dans un emballage hermétique (16).
9. Composant selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un puits d'alimentation (14) ouvert à l'une de ses extrémités et relié au microcanal (12) à son autre extrémité.
10. Composant selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'extrémité du microcanal (12) opposée au puits d'alimentation (14) est fermée.
11. Composant selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'extrémité du microcanal (12) opposée au puits d'alimentation (14) débouche dans un autre puits d'alimentation (14).
12. Composant selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une partie médiane (26) du microcanal a des dimensions en section supérieure à celles des parties d'extrémités du microcanal reliées aux puits d'alimentation (14) et forme une zone de mélange de liquide.
13. Composant selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que plusieurs microcanaux (12) sont reliés à un même puits d'alimentation (14).
14. Composant selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le microcanal (12) est formé dans une face inférieure du composant (10) qui est appliquée sur un support approprié (20) formant le fond du microcanal (12) et en ce que le puits d'alimentation (14) débouche sur une face supérieure du composant (10).
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