FR2887705A1 - Dispositif de pompage ou de centrifugation des gouttes deplacees par electromouillage - Google Patents

Abstract

Concerne un dispositif de déplacement de gouttes de liquide, comportant un premier substrat (1) à surface hydrophobe, des électrodes (4), dites de rotation, situées sous la surface hydrophobe et de manière fixe par rapport à cette surface, pour déplacer une goutte par électromouillage, ces électrodes étant disposées de manière radiale par rapport à un centre de rotation(O), entre un premier cercle intérieur et un deuxième cercle extérieur, tous deux concentriques, de centre le centre de rotation (O) des gouttes, le rayon R0 du premier cercle étant supérieur ou égal à la demi dimension radiale Lr/2 des électrodes de rotation.

Description

DISPOSITIF DE POMPAGE OU DE CENTRIFUGATION DES GOUTTES

DEPLACEES PAR ELECTROMOUILLAGE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne d'abord les techniques de centrifugation.

La centrifugation, par exemple pour la séparation d'entités biologique/physique, est utilisée dans les processus biologique ou chimique d'analyse d'un échantillon.

En particulier, les méthodes de préparation d'échantillons dans le domaine du diagnostique médical utilisent généralement la centrifugation. Par exemple il peut s'agir d'extraire/séparer le sérum d'un échantillon sanguin en faisant sédimenter les globules blancs et rouges, les plaquettes.

Malheureusement, à ce jour il n'existe pas de système microfluidique pouvant exploiter les forces centrifuges sans avoir recours à un déplacement mécanique du support d'analyse.

L'invention concerne également les techniques de pompage de fluide.

De manière générale le pompage de gaz, qui fait intervenir la mise en mouvement mécanique d'une membrane, n'offre que de faibles rendements de pompage, et est incompatible avec la miniaturisation.

Dans les systèmes macroscopiques il existe une grande variété de pompes utilisant la rotation d'un rotor comportant des palettes ou pales ou aubes. C'est le cas des pompes palettes, ou des pompes centrifuges.

Malheureusement leur miniaturisation nécessite l'utilisation des microtechnologies pour la réalisation de micropompes, ce qui rend cette technique très difficile.

Le document de A.H. Epstein intitulé Millimeter Scale MEMS Gas Turbine Engines , Proceedings of ASME Turbo Expo 2003, Power for Land, Sea and Air, June 16 - 19, 2003, Atlanta, USA, décrit un exemple de microsystème fluidique comportant un rotor. Ce document montre bien la complexité technologique impliquée par la mise en oeuvre d'un rotor dans un microsystème. De plus cet exemple concerne une turbine et non une pompe.

Il se pose donc le problème de réaliser un système de centrifugation plus simple que les dispositifs connus.

Il se pose également le problème de réaliser un système de pompage plus simple que les dispositifs connus.

Dans les deux cas, un nouveau dispositif doit de préférence être compatible avec une réalisation microtechnologique.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne d'abord un dispositif comportant des moyens pour mettre en oeuvre un déplacement de gouttes par électromouillage, selon un mouvement de rotation des gouttes autour d'un axe: les gouttes décrivent un cercle autour de cet axe.

Les gouttes peuvent être de forme oblongue, leur diamètre étant orienté suivant la direction radiale du mouvement de la goutte.

L'invention concerne également un dispositif de déplacement de gouttes de liquide, comportant un premier substrat à surface hydrophobe, des électrodes, dites de rotation, situées sous la surface hydrophobe et de manière fixe par rapport à cette surface, pour déplacer une goutte par électromouillage, ces électrodes étant disposées de manière radiale par rapport à un centre ou à un axe de rotation, entre un premier cercle intérieur et un deuxième cercle extérieur, tous deux concentriques, le rayon Ro du premier cercle étant supérieur à la dimension radiale Lr des électrodes de rotation.

Les électrodes de rotation présentent une dimension radiale Lr qui est de préférence supérieure à sa largeur mesurée au rayon moyen Rm Lm.

De préférence encore, Lr est supérieure à 2Lm.

Des moyens peuvent être prévus pour activer les électrodes de rotation, par exemple à une fréquence comprise entre 50 Hz et quelques kHz, par exemple 5 kHz ou 10 kHz.

Chaque électrode de rotation peut être divisée en au moins trois sousélectrodes disposées radialement, les sous-électrodes de chaque électrode étant de préférence de même surface.

Un dispositif selon l'invention peut comporter des moyens de déplacement de gouttes par électromouillage pour amener les gouttes vers ou sur l'une au moins des électrodes de rotation et/ou des moyens pour déplacer des gouttes par électromouillage depuis l'une des électrodes de rotation L'invention concerne également un dispositif de pompage d'un fluide, comportant au moins un dispositif de déplacement de gouttes selon l'invention, tel que décrit ci-dessus, et comportant en outre un deuxième substrat et des moyens d'aspiration, dans un des deux substrats, pour aspirer un fluide d'un environnement extérieur au dispositif vers chacun des dispositifs de déplacement de fluide.

Chaque électrode de rotation d'au moins un dispositif de déplacement ou d'au moins un ensemble d'électrodes de rotation, peut être en forme d'aube ou d'ailettes.

Les moyens d'aspiration peuvent comporter un trou d'aspiration réalisé dans un des deux substrats, ce trou d'aspiration pouvant avantageusement avoir une forme convergente vers l'espace entre les deux substrats.

Des moyens de détection peuvent être prévus, pour mesurer une concentration de particules ou un déplacement de particules ou un gradient de concentration de particules, dans le solvant de la goutte.

Dans le cas où le dispositif comporte deux substrats, un premier substrat comporte des moyens conducteurs afin de former une contre-électrode, un deuxième substrat est muni d'une pluralité d'électrodes, dont des électrodes de rotation qui permettent un déplacement circulaire de la goutte autour d'un centre de rotation L'invention concerne également un procédé de centrifugation d'une goutte de liquide contenant des particules en suspension dans un solvant, ces particules ayant une masse volumique différente de celle du solvant, ce procédé comportant une centrifugation de la goutte, par électromouillage sur un substrat hydrophobe, autour d'un axe de rotation.

Des électrodes, dites électrodes de rotation, peuvent être disposées sous le substrat hydrophobe, de manière fixe par rapport à ce substrat, et de manière radiale par rapport à un axe perpendiculaire à un plan défini par le substrat et passant par le centre de rotation des gouttes lors de la centrifugation.

La centrifugation peut être poursuivie jusqu'à formation d'au moins un amas, ou culot, de particules à au moins une extrémité de la goutte.

L'invention permet donc également de former un culot. Pour cela on centrifuge les particules de la manière expliquée ci-dessus. Après un certain temps, la concentration des particules dans une partie de la goutte est telle qu'elles prennent alors une forme d'amas appelé aussi culot.

Une étape de séparation de la goutte peut être réalisée après centrifugation, pendant ou après la rotation de la goutte. L'invention permet donc de diviser la goutte après sédimentation ou formation d'un culot.

Cette séparation ou division peut être réalisée, après centrifugation, sur ladite surface hydrophobe, à l'aide d'une pluralité d'électrodes de séparation disposées sous la surface hydrophobe.

La centrifugation peut avoir lieu à une vitesse de rotation comprise entre par exemple 50 tours/minute et 5000 tours/minute.

La vitesse de rotation des gouttes peut donc être suffisamment élevée pour mettre en jeux des forces d'inertie centrifuges. Celles-ci peuvent être mises à profit pour réaliser une opération de séparation par sédimentation d'entités physique/biologique en suspension dans les gouttes ou pour pomper un gaz ou un liquide non miscible avec les gouttes.

L'invention concerne également un dispositif de pompage d'un fluide, comportant: un premier et un deuxième substrats définissant une cavité, les surfaces en regard de ces substrats étant hydrophobes et définissant au moins une zone d'aspiration ou de piégeage du fluide, -des moyens pour mettre en rotation autour d'au moins un axe de rotation, par électromouillage, une goutte de liquide disposée entre les deux substrats, dans la ou les zone(s) de piégeage du fluide, - des moyens d'aspiration, dans un des deux substrats, pour introduire le fluide à pomper entre les deux substrats, dans la ou les zone(s) d'aspiration ou de piégeage du fluide.

Les moyens pour introduire le fluide à pomper peuvent comporter au moins un orifice ou une ouverture dans un des substrats, autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à chacun des substrats et passant par le centre de rotation; avantageusement, au moins un orifice ou au moins une ouverture est de forme sensiblement convergent(e) vers une zone de piégeage du fluide.

Les moyens pour mettre une goutte en rotation autour d'un centre de rotation, par électromouillage, peuvent comporter des électrodes disposées sous une des surfaces hydrophobes, de manière radiale par rapport à un axe sensiblement perpendiculaire à chacun des substrats et passant par ledit centre de rotation, au moins une partie des électrodes pouvant avantageusement avoir une forme d'ailette.

Un dispositif de pompage d'un fluide selon l'invention peut donc comporter un premier substrat à surface hydrophobe, un deuxième substrat à surface hydrophobe, au moins un ensemble d'électrodes, dites de rotation, situées sous une des surfaces hydrophobe, pour déplacer une goutte par électromouillage, ces électrodes étant disposées de manière radiale par rapport à un centre de rotation, et des moyens d'aspiration, dans un des deux substrats, pour aspirer un fluide d'un environnement extérieur au dispositif vers un espace d'aspiration, entre les deux substrats, associés à chaque ensemble d'électrodes de rotation.

Des moyens d'évacuation, à partir d'au moins une zone de piégeage, peuvent permettre d'emmener au moins une partie du fluide pompé et/ou d'au moins une partie du liquide de la ou des gouttes. Dans ce dernier cas, il s'agit de préférence de moyens de déplacement de gouttes de ce liquide par électromouillage, tels qu'une pluralité d'électrodes disposées sous au moins une des surfaces hydrophobes, lesdites électrodes pouvant définir une pluralité de chemins d'évacuation.

Au moins une zone, dite zone d'analyse, peut comporter des moyens d'analyse ou de mesure de liquide. Une telle zone peut être reliée à au moins une zone de piégeage par des moyens d'évacuation de liquide, par exemple ceux mentionnés ci-dessus.

Les moyens d'analyse ou de mesure du liquide peuvent comporter des moyens de mesure optique et/ou des moyens de mesure électrique et/ou des moyens de mesure électrochimique et/ou des moyens de mesure thermique.

Des moyens peuvent en outre être prévus pour déplacer des gouttes de réactifs d'analyse, par exemple des moyens de déplacement de gouttes par électromouillage.

Un dispositif de pompage selon l'invention peut comporter une pluralité de zones de piégeage du fluide, chaque zone étant disposée autour d'un axe de rotation de gouttes de liquide.

L'invention concerne également un procédé de pompage d'un fluide, mettant en oeuvre un dispositif tel que décrit ci-dessus, au moins une goutte de liquide étant disposée entre les deux substrats, chaque goutte étant entraînée en rotation par électromouillage, dans la zone de piégeage du fluide, ce dernier étant attiré dans ladite zone du fait de cette rotation des gouttes.

Le liquide d'au moins une goutte de liquide 5 peut comporter une solution aqueuse ou un liquide ionique.

Le fluide pompé peut être gazeux ou comporter un liquide non miscible avec le liquide des gouttes.

Le fluide pompé peut en outre contenir des particules, qui sont piégées dans la ou les goutte(s).

Selon l'invention, on ne miniaturise pas une pompe de structure connue, par exemple une pompe à palette ou une pompe centrifuge, ou un système de séparation par centrifugation, mais on exploite l'électromouillage pour réaliser l'une ou/et l'autre de ces deux fonctions grâce à une géométrie d'électrodes appropriée.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

- Les figures 1A - 1C représentent le principe de déplacement de gouttes, par électromouillage, - la figure 2 représente une configuration fermée de dispositif de déplacement de gouttes, - les figures 3A et 3B représentent une configuration mixte de dispositif de déplacement de gouttes, - les figures 4 et 5A - 5B représentent un dispositif de déplacement de gouttes, dans lequel le 30 capot supérieur est muni d'une électrode, 25 - la figure 6 représente les électrodes d'un dispositif de centrifugation selon l'invention, - les figures 7A - 7C représentent des étapes de séparation ou de segmentation d'une goutte, après centrifugation selon l'invention, les figures 8A à 8C représentent des configurations d'électrodes segmentées, dans un dispositif de centrifugation selon l'invention, - la figure 9 représente un dispositif 10 selon l'invention, avec canal d'amenée des gouttes depuis un réservoir et canal d'évacuation des gouttes centrifugées, - les figures 10A à 'oc représentent un exemple de dispositif de pompage selon l'invention, - la figure 11 représente un exemple de canal d'évacuation d'un dispositif selon l'invention, - les figures 12A et 12B représentent un exemple de dispositif de pompage, à plusieurs sites, selon l'invention, - les figures 13A - 13D représentent un puits ou un réservoir de liquide, EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un dispositif selon l'invention met en oeuvre un dispositif de déplacement ou de manipulation de gouttes de liquide, par électromouillage.

Le principe de l'électromouillage sur diélectrique et du déplacement et de la manipulation de gouttes de liquide, mis en oeuvre dans le cadre de l'invention, est illustré sur les figures 1A - 1C dans le cadre d'un système dit de type ouvert . 20

Des exemples de dispositifs mettant en oeuvre ce principe sont décrits dans l'article de M.G. Pollack, A.D. Shendorov, R.B. Fair, intitulé Electro-wetting-based actuation of droplets for integrated microfluidics , Lab Chip 2 (1) (2002) 96-101.

Les forces utilisées pour le déplacement de gouttes de liquide sont alors des forces électrostatiques.

Le document FR 2 841 063 décrit un dispositif mettant en oeuvre, en outre, un caténaire en regard des électrodes activées pour le déplacement.

Une goutte 2 repose sur un réseau 4 d'électrodes, dont elle est isolée par une couche diélectrique 6 et une couche hydrophobe 8 (figure 1A).

Le caractère hydrophobe de cette couche signifie que la goutte a un angle de contact, sur cette couche, supérieur à 90 .

Les électrodes 4 sont elles-mêmes formées en surface d'un substrat 1.

Lorsque l'électrode 4-1 située à proximité de la goutte 2 est activée, à l'aide de moyens 14 de commutation, dont la fermeture établit un contact entre cette électrode et une source de tension 13 via un conducteur commun 16, la couche diélectrique 6 et la couche hydrophobe 8 entre cette électrode activée et la goutte sous tension agissent comme une capacité.

La contre-électrode 10 permet un éventuel déplacement par électromouillage à la surface de la surface hydrophobe; elle maintient un contact électrique avec la goutte pendant un tel déplacement.

Cette contre-électrode peut être soit un caténaire comme dans FR -2 841 063, soit un fil enterré soit une électrode planaire dans le capot d'un système confiné (un tel système confiné est décrit plus loin).

En système ouvert, si il n'y a pas de déplacement, il est possible d'étaler la goutte sur la surface hydrophobe, sans contre-électrode. C'est par exemple le cas si la goutte peut être amenée sur la surface hydrophobe par un système de dispense classique, les électrodes 4-1, 4-2 servant uniquement à étaler ou déformer la goutte à l'endroit où elle a été déposée.

La goutte peut être éventuellement déplacée de proche en proche (figure 1C), sur la surface hydrophobe 8, par activation successive des électrodes 4-1, 4-2,... etc, le long du caténaire 10.

Il est donc possible de déplacer des liquides, mais aussi de les mélanger (en faisant s'approcher des gouttes de liquides différents), et de réaliser des protocoles complexes.

Les documents cités ci-dessus donnent des exemples de mises en oeuvre de séries d'électrodes adjacentes pour la manipulation d'une goutte dans un plan, les électrodes pouvant en effet être disposées de manière linéaire, mais aussi en deux dimensions, définissant ainsi un plan de déplacement des gouttes.

La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif de déplacement ou de manipulation de gouttes mettant également en oeuvre l'électromouillage, de type système fermé ou confiné.

Sur cette figure, des références numériques identiques à celles des figures 1A - 1C y désignent des mêmes éléments.

Ce dispositif comporte en outre un substrat supérieur 100, de préférence également recouvert d'une couche hydrophobe 108. Cet ensemble peut être éventuellement transparent, permettant une observation par le haut.

Les figures 3A et 3B, sur lesquelles des références numériques identiques à celles de la figure 2 y désignent des éléments identiques ou similaires, représentent un système mixte de déplacement ou de manipulation de gouttes, dans lequel une goutte 2 est initialement en milieu ouvert (figure 3A), l'activation d'électrodes 4-1, 4-2, 4-3 permettant un aplatissement de la goutte (figure 3B), en système fermé, dans une zone où le système est muni d'un capot, comme illustré ci-dessus en liaison avec la figure 2.

La figure 4 représente une variante du système fermé, avec un capot conducteur 100, comportant une électrode ou un réseau d'électrodes 112, ainsi qu'une éventuelle couche isolante 106 et une couche hydrophobe 108.

Le caténaire 10 des figures précédentes est remplacé, dans ce mode de réalisation, par l'électrode 112. L'activation de cette électrode 112 et des électrodes 4 permet de déplacer la goutte dans la position voulue puis de l'étirer ou de la déformer, pour l'amener sur le trajet d'un faisceau lumineux 50.

Les figures 5A et 5B, sur lesquelles des références numériques identiques à celles de la figure 4 y désignent des éléments identiques ou similaires, représentent un système mixte, dans lequel une goutte 2 est initialement en milieu ouvert (figure 5A), l'activation d'électrodes 4-1, 4-2, 4-3 permettant un aplatissement de la goutte (figure 5B), en système fermé, dans une zone où le système est muni d'un capot, comme illustré ci-dessus en liaison avec la figure 4.

Typiquement, la distance entre un éventuel conducteur 10 (figures 1A - 5B) d'une part et la surface hydrophobe 8 d'autre part est par exemple comprise entre 1 pm et 100 pm ou 500 pm.

Ce conducteur 10 peut se présenter par exemple sous la forme d'un fil de diamètre compris entre 10 pm et quelques centaines de pm, par exemple 200 pm. Ce fil peut être un fil d'or ou d'aluminium ou de tungstène ou d'autres matériaux conducteurs.

Lorsque deux substrats 1, 100 sont utilisés (figures 2 - 5B), ils sont distants d'une distance comprise entre, par exemple, 10 pm ou 50 pm et 100 pm ou 200 pm ou 500 pm. Ils peuvent être maintenus séparés par des espaceurs obtenus en structurant par usinage une couche en un matériau tel qu'une résine, par exemple de type SU8, ou une couche de film sec photosensible du type Ordyl.

Quel que soit le mode de réalisation considéré, une goutte de liquide 2 pourra avoir un volume compris entre, par exemple, 1 nanolitre et quelques microlitres, par exemple entre 1 nl et 5 pl ou 10 pl.

En outre chacune des électrodes 4 aura par exemple une surface de l'ordre de quelques dizaines de pm' (par exemple 10 pm') jusqu'à 1 mm', selon la taille des gouttes à transporter, l'espacement entre électrodes voisines étant par exemple compris entre 1 pm et 10 pm.

La structuration des électrodes 4 peut être obtenue par des méthodes classiques des micro-technologies, par exemple par photolithographie.

Des procédés de réalisation de puces incorporant un dispositif selon l'invention peuvent être directement dérivés des procédés décrits dans le document FR - 2 841 063.

Des conducteurs, et notamment des conducteurs 110 peuvent être réalisés par dépôt d'une couche conductrice et gravure de cette couche suivant le motif approprié de conducteurs, avant dépôt de la couche hydrophobe 108. Le motif peut être quelconque, et notamment celui retenu dans le cadre de la présente invention pour des électrodes d'un dispositif de centrifugation ou de pompage tel que décrit plus loin.

Les électrodes peuvent être réalisées par dépôts d'une couche métallique (par exemple en un métal choisi parmi Au, Al, ITO, Pt, Cr, Cu) par photolithographie. Le substrat est ensuite recouvert d'une couche diélectrique, par exemple en Si3N4 ou en SiO2. Ces électrodes ont une épaisseur comprise entre 50}gym et plusieurs centaines de}gym, par exemple 200}gym ou 500}gym. Les mêmes considérations valent pour l'électrode ou les électrodes du substrat 100.

Un dépôt d'une couche hydrophobe 8, 108 est effectué, comme par exemple un dépôt de téflon liquide réalisé à la tournette. A titre d'exemple, on peut citer le Dupont AF, ou le cytop.

La couche 6 diélectrique est par exemple en oxyde de silicium ou en parylène ou en nitrure de silicium. Il en va de même pour une éventuelle couche 106 diélectrique.

La plaque supérieure 100 peut être réalisée en plastique ou en verre ou en silicium. Un autre exemple est le polycarbonate.

Un tel dispositif de déplacement de gouttes peut mettre en oeuvre un réseau bidimensionnel d'électrodes qui vont permettre, de proche en proche, de déplacer des liquides dans ou sur un plan, de les mélanger, afin de réaliser des déplacements ou des protocoles complexes.

Dans le cas du mode de réalisation avec caténaires 10 (figures 1A -3B), un ensemble bidimensionnel (2D) de ces caténaires peut être réalisé audessus de l'ensemble 2D d'électrodes 4. Dans le cas du mode de réalisation avec contre-électrode 112 incorporée dans le capot 100 (figures 4 - 5B), cette contre - électrode peut aussi avoir une structure bidimensionnelle.

Un tel dispositif de manipulation de gouttes peut en outre comporter des moyens qui vont permettre de commander ou d'activer les électrodes 4, par exemple un ordinateur type PC et un système de relais connectés au dispositif ou à la puce, tels les relais 14 de la figure 1A, ces relais étant pilotés par les moyens de type PC.

Un dispositif selon l'invention met en oeuvre ces principes de déplacement ou de manipulation de gouttes, mais les électrodes de l'un des substrats n'ont plus la forme carrée ou rectangulaire décrite ci- dessus. Les procédés décrits ci-dessus pour les réaliser restent néanmoins utilisables pour cette nouvelle forme d'électrodes.

Comme illustré sur la figure 6, qui représente une telle structure d'électrodes 4 en vue de dessus, celles-ci ont chacune une forme de secteur angulaire et sont disposées autour d'un centre de rotation 0, ou autour d'un axe de rotation perpendiculaire à la figure et qui s'y confond avec le point O. Les électrodes 4 sont à une distance Ro non nulle de ce centre ou de cet axe de rotation: elles sont comprises entre un premier cercle intérieur, de rayon Ro non nul, et un deuxième cercle, extérieur, de rayon Ro + Lr - R1. Elles ont donc chacune la forme d'une portion de couronne, délimitée latéralement par deux rayons du cercle extérieur définissant cette couronne.

Cette configuration permet d'assurer l'action d'une force centrifuge (égale au produit du carré de la vitesse angulaire par la distance R au centre de rotation), et donc l'efficacité d'une séparation par centrifugation, sur tout le corps d'une goutte, y compris la partie de la goutte la plus proche du centre de rotation, c'est-à-dire située approximativement à la distance Ro de ce centre de rotation.

Par ailleurs les électrodes 4 de rotation présentent une dimension radiale Lr (= R1 - Ro), plus grande que la largeur moyenne des électrodes Lm, et de préférence Lr>2Lm. Lm étant comprise entre 10}gym ou quelques dizaines de}gym et 1 mm ou plusieurs millimètres, par exemple 5 mm, Lr est de préférence compris entre 20}gym et 10 mm.

Si on appelle Rm le rayon moyen de l'électrode (Rm = (Ro + R)/2), on a: Lm = Rm 2n/n (avec n = nombre d'électrodes) ; Lm représentant bien la largeur d'une électrode à la distance Rm.

On choisit Lr>Lm ou Lr>2Lm de manière à avoir une longueur Lr plus grande que la largeur de la goutte, afin de séparer au mieux le culot du surnageant, mais aussi en vue de la division de la goutte en 2.

Le rayon Ro est de préférence supérieur à Lr, ou même Ro>Lr/2, afin d'avoir une force centrifuge suffisante même dans la portion de la goutte tournée vers le centre de rotation.

Les électrodes de la figure 6 peuvent être activées selon un schéma souhaité par un opérateur, cette activation étant par exemple réalisée à l'aide des moyens de commande des tensions des électrodes des figures 1A 5B déjà décrits ci-dessus. En particulier, les électrodes de la figure 6 peuvent être activées séquentiellement.

Grâce à l'électromouillage une goutte 2 est déplacée de proche en proche sur toutes les électrodes 4 de rotation, décrivant ainsi un cercle de rayon R. Les vitesses de rotation peuvent être élevées, et peuvent atteindre 100 tours/mn à quelques milliers de tours par minute, elles sont par exemple comprises entre 50 tr/min et 10 000 tr/min.

Le rayon R de la trajectoire moyenne d'une goutte peut être de quelques millimètres à quelques centimètres, il est par exemple compris entre 1 mm et cm.

Le mouvement de rotation entraîne l'apparition d'une force d'accélération centrifuge y. La valeur de y en moyenne dans la goutte est de la forme: <y> = w'R.

où w est la vitesse de rotation en radians par seconde, et R la distance moyenne de la goutte par rapport au centre de rotation O. A titre d'exemple Lm est égale à 2mm, Lr= 4mm, R=4, 4mm; Ro=3mm.

Avec un nombre d'électrodes 4 de rotation égal à 14, et une fréquence d'activation entre deux électrodes consécutive de 2kHz, la goutte tourne à une vitesse de 8500 tr/mn. L'accélération centrifuge est de 200g sur la partie interne (à une distance Ro=R-Lr/2 de l'axe de rotation), et une force d'accélération de 500 g s'exerce sur la partie externe (à une distance R+Lr/2 de l'axe de rotation).

La force centrifuge ainsi obtenue permet de sédimenter des cellules, ou des particules 20, en suspension dans la goutte. Généralement, les macromolécules ou particules sont de masse volumique plus grande que le solvant formant la goutte. Dans ce cas, l'application de la force centrifuge permet de sédimenter ou de concentrer les macromolécules ou particules à l'extrémité 2-1 de la goutte qui est la plus éloignée de l'axe ou du centre de rotation O. Cependant, il peut aussi exister des particules de masse volumique moindre que le solvant formant la goutte 2; dans ce cas, la concentration se fera à l'extrémité 2-2 la plus proche du centre de rotation O. Comme illustré en figure 7A, une goutte 2 centrifugée peut ensuite être amenée sur une série d'électrodes 40 dites électrodes de séparation.

Cette série d'électrodes permet de diviser cette goutte 2 en au moins deux parties.

En effet, en activant cette série d'électrodes 40-1, 40-2, 40-3 on réalise un étalement de la goutte 2 à partir de sa position sur l'électrode circulaire 4-1. Ceci aboutit à la formation d'un segment liquide 200 comme illustré sur la figure 7B. Dans ce segment la répartition des macromolécules ou des particules 20 sédimentées par centrifugation lors de l'étape précédente est conservée.

Puis, on coupe ce segment liquide en désactivant une des électrodes activées (électrode 40-3 sur la figure 7C) et éventuellement en activantune électrode voisine 40-4. On obtient ainsi, par cette étape de séparation, deux gouttes 201, 202, comme illustré sur la figure 7C, l'une (201) à faible concentration de particules 20, l'autre (202) à forte concentration de ces particules.

On utilise donc une série d'électrodes 40-1, 40-2, 40-3 pour étirer une goutte, à partir d'une électrode de centrifugation, en un doigt 200, puis pour couper ce doigt de liquide (figure 7C).

Ce procédé est particulièrement efficace lorsqu'un culot, d'aspect quasiment solide, sous forme d'agglomérat de particules, est obtenu par la centrifugation.

Grâce à la centrifugation la concentration d'entité d'intérêt n'est pas la même dans les deux gouttes 201 et 202. En particulier, dans le cas de la formation d'un culot, une goutte 201 est formée uniquement du surnageant, l'autre goutte 202 contenant le culot.

Une autre configuration d'électrodes est illustrée sur la figure 8A. Chaque électrode de rotation 4-k est divisée en au moins trois sousélectrodes 4-k1, 4-k2, 4-k3, pour k =1 à n, où n est le nombre d'électrodes de rotation.

Ces sous-électrodes 4-ki peuvent être de surfaces identiques, ce qui permet d'obtenir des gouttes de mêmes volumes après division.

Quand, comme sur la figure 8A, trois sous-électrodes 4-11r 4-12, 4-13 d'une électrode 4-1 sont activées, la goutte 2 tend à s'étaler sur l'ensemble de ces trois sous-électrodes. On peut ensuite désactiver l'électrode du milieu 4-i2r et activer les électrodes voisines de 4-i1 et 4-i3r par exemple 4-(i+1)1, et 4-(i+1)3r pour couper la goutte en deux. Cette opération permet d'obtenir deux volumes 211, 212 localisés respectivement sur les groupes de sous- électrodes 4-i1 _ 4-(i+1)1, et 4i3_ 4-(i+1)3. Le premier volume 211 ne contient que le solvant, le deuxième volume 212 contient le solvant et les macromolécules ou particules 20, mais à une concentration plus importante.

Cette technique permet de concentrer un échantillon, ou de récupérer un volume 211 de surnageant sans les particules ou macromolécules 20.

La séparation, c'est-à-dire la division, peut s'effectuer pendant, ou après, la rotation des gouttes.

Plusieurs gouttes peuvent également tourner en même temps, ce qui permet d'accroître le rendement de traitement d'unités de liquides.

Ce dispositif permet également de réaliser une étape de sédimentation, ou de centrifugation, par électromouillage tout en contrôlant l'évolution de la sédimentation par une mesure et/ou détection optique ou physique.

Des moyens de détection optique, par exemple une source lumineuse et un détecteur optique, peuvent être mis en place pour détecter et/ou mesurer la migration, et/ou le ou les gradient(s) de concentration au sein des gouttes 2. Par exemple la source est une LED ou une lampe, une fibre optique pouvant amener le rayonnement provenant de cette source. La source peut être disposée parallèlement, perpendiculairement ou de façon sensiblement inclinée par rapport au substrat. Le détecteur comporte par exemple une cellule photosensible ou une caméra qui peut être orientée parallèlement ou perpendiculairement ou en position quelconque par rapport au substrat.

Par exemple on a représenté schématiquement sur la figure 8A des moyens 52 émetteurs de lumière 50 ainsi qu'un détecteur 53. La faisceau se propage parallèlement au substrat sur lequel les électrodes sont formées et l'intensité transmise à travers la goutte 2, intensité détectée par les moyens de détection 53, traduit l'évolution de la centrifugation dans la goutte.

Les gouttes peuvent être en mouvement pendant la détection. La détection optique peut être de type: par densité optique, ou par colorimétrie, ou par fluorescence, ou par radioactivité. Dans ce dernier cas les particules ou cellules peuvent être marqués par un traceur fluorescent ou radioactif.

L'invention permet de séparer différents types de cellules humaine, animales ou végétales ou bien des particules (par exemple billes de polymères) des autres constituants du liquide dans lequel elles se trouvent. Elle permet également de concentrer et d'évacuer les bulles d'air présentes dans la goutte; on réalise ainsi une forme de dégazage. Ceci peut aussi s'appliquer à des mousses.

Un dispositif selon l'invention, tel que décrit ci-dessus, permet de réaliser divers types d'opérations.

Selon un premier exemple, il est possible de réaliser une séparation de la ou des cellules ou particules d'intérêt, après avoir amené différentes gouttes de la solution sur des électrodes du dispositif de la figure 8A, par exemple les électrodes 4-11r 4-12, 4-13 d'une électrode 4-1, alignées radialement. Les différentes gouttes sont ensuite coalescées, ou réunies en une seule goutte, par activation simultanée des ces électrodes, avant rotation du liquide. Pendant la rotation, les cellules ou particules d'intérêt sédimentent vers l'électrode la plus éloignée (resp. la plus proche) du centre si elles ont une densité plus élevée (resp. moins élevée) que le solvant de la goutte. Le liquide est ensuite fractionné en différentes gouttes, comme déjà expliqué ci-dessus, afin de séparer les cellules ou particules du reste du liquide.

Selon un autre exemple, il est possible d'amener d'une part une solution à purifier sur une sous-électrode la plus éloignée du centre (par exemple l'électrode 4-k1 d'une électrode 4-k) et, d'autre part, une solution homogène, de densité supérieure aux cellules ou particules à purifier, sur les autres sous-électrodes 4-khr 4-k2 de la même électrode 4-k.

Après coalescence, par activation des électrodes, de l'ensemble des gouttes, puis rotation du liquide, les débris, moins denses que le solvant, se trouvent sur l'électrode la plus proche du centre (électrodes 4-k3 ou 4-i5 sur les figures 8A, 8B) et les particules ou cellules d'intérêt, plus denses que le solvant, sur l'électrode la plus éloignée du centre (électrodes 4-hou 4-i1 sur les figures 8A, 8B).

A l'aide des sous-électrodes intermédiaires, le liquide peut ensuite être fractionné en différentes gouttes afin de séparer les gouttes contenant les cellules ou particules du reste du liquide (solution seule ou solution contenant les débris de grand coefficient de sédimentation).

Selon encore un autre exemple, il est possible, à l'aide du dispositif de la figure 8B, de préformer un gradient de densité avant la centrifugation.

Pour cela, des gouttes de solutions de différentes densités sont amenées sur différentes électrodes 4-ilr 4-i2, 4-i3, 4-i4, 4-i5 alignées radialement. La solution la moins dense se trouve la plus proche du centre, en 4-i5.

Ce gradient de densité peut être: - ou bien discontinu, si les différentes gouttes le constituant sont coalescées immédiatement 15 avant la centrifugation, - ou bien continu, si les gouttes sont coalescées quelques minutes avant la centrifugation. Dans ce deuxième cas la diffusion des espèces dans les zones frontières entre les solutions de différentes densités rend le gradient continu.

La solution contenant les cellules ou particules est amenée, ou bien sur l'électrode 4-i1 la plus éloignée du centre, si elle est de densité inférieure à la solution la moins dense du gradient, ou bien sur l'électrode 4-i5 la plus proche du centre, si elle est de densité supérieure à la solution la plus dense du gradient.

Après coalescence on obtient une goutte 20 avec un gradient de densité et contenant les cellules 30 ou particules, et le liquide peut être mis en rotation.

Après centrifugation les espèces ont migré vers la zone du gradient ayant la même densité qu'elles, ou une densité proche de la leur. La goutte 20 est alors fractionnée en différentes gouttes 220, 221, 223 afin de récupérer les gouttes contenant les cellules ou particules d'intérêt.

Dans le cas de la figure 8B une goutte a été fractionnée en trois gouttes 220, 221, 223 par activation des électrodes 4-(i+2)1r 4-(i+3)1, 4-(i+2)3r 4-(i+3)3 et 4-(i+2)5, 4-(i+3)5.

Les gouttes peuvent être amenées sur les électrodes de centrifugation ou de rotation (en fait sur la partie du substrat hydrophobe qui recouvre ces électrodes) à l'aide de divers moyens, et notamment des moyens de déplacement de gouttes par électromouillage, à l'aide d'électrodes disposées sous une couche hydrophobe.

La figure 8C (qui reprend les notations de la figure 6) illustre encore un autre mode de réalisation, dans lequel seule une électrode 400 de rotation est subdivisée en au moins 3 parties de façon à réaliser la séparation après centrifugation directement sur le système de rotation sans passer par une étape de déplacement de la goutte hors du système de rotation.

Plus généralement un autre dispositif selon l'invention peut comporter n électrodes segmentées, comme l'électrode 400 de la figure 8C, avec n compris entre 1 et le nombre total d'électrodes de rotation.

Au moins un ensemble d'électrodes permettant de déplacer et d'amener des gouttes vers un ensemble d'électrodes pour centrifugation, tels que ceux des figures 6 ou 7A - 7C ou 8A - 8C, peut être du type de ceux décrits cidessus en liaison avec les figures 1A - 1C, 2, 3A - 3B, 4, 5A, 5B.

Ce ou ces ensembles peuvent également permettre de prélever une goutte à partir d'un réservoir tel que décrit ci-dessous en liaison avec les figures 13A - 13D.

Un dispositif de centrifugation selon l'invention permet donc d'intégrer dans un même ensemble, des moyens formant réservoir de liquide à prélever et à centrifuger, des moyens de type électrodes, disposées sous une surface hydrophobe, pour amener, par électromouillage, des gouttes de ce liquide vers un site de centrifugation, où les gouttes sont, là encore, déplacées par électromouillage, mais en mouvement de rotation, des électrodes permettant d'emmener, toujours par électromouillage, les gouttes centrifugées et éventuellement de les sectionner comme illustré sur les figures 7A - 7C. Un tel ensemble peut être formé sur un même substrat, ou entre deux substrats en configuration fermée ou confinée (figures 2 - 5B) Le dispositif de centrifugation décrit ci-dessus, en liaison avec les figures 6 - 8, peut fonctionner en configuration ouverte ou en configuration fermée, l'avantage d'une configuration fermée étant qu'il n'y a pas d'évaporation possible.

Un exemple d'une telle structure, en vue de dessus, est représenté en figure 9, où des électrodes 42 permettent d'amener des gouttes de liquide à partir d'un réservoir 120 et vers un ensemble de centrifugation, une goutte centrifugée pouvant ensuite être emmenée par des électrodes 40, telles que décrites ci-dessus, vers un site d'analyse 121, mettant par exemple en oeuvre des moyens optiques et/ou électriques et/ou physiques et/ou chimiques.

Après centrifugation, les gouttes peuvent être emmenées vers un ou des sites d'analyse, par exemple mettant en oeuvre des moyens thermiques ou optiques ou tout moyen permettant de mesurer une concentration et/ou une ou plusieurs propriétés physiques et/ou chimiques des particules concentrées.

Des exemples de cellules pouvant être séparées par cette technique sont les suivants: - cellules du sang (lymphocytes, monocytes, ranulocytes, thrombocytes, granulocytes...), en rotation avec une accélération d'environ 800 g pendant des temps de l'ordre de 20 min; -cellules de mammifères viables séparés des cellules non viables par différence de densité (inférieure à 1.12 g/ml pour les cellules viables et supérieure à 1.15 g/ml pour les non viables) en centrifugeant la solution sur un gradient préformé allant de 1.12 g/ml à 1.15 g/ml; -cellules de populations mixtes séparées en fonction de leur densité en centrifugeant la solution sur un gradient de densité allant de 1.03 à 1.1 g/ml à 900 g pendant environ 30 min. Les cellules se placeront là où le liquide a la même densité que la cellule; - spermatozoïdes humains viables et de bonne morphologie séparés des spermatozoïdes non viables, sur un gradient discontinu de densité de 1.09 et 1.165 g/ml à 600 g pendant 20 minutes. Les spermatozoïdes viables se trouvent à l'interface la plus proche du centre; - séparation des cellules pariétales et des cellules principales du mucus gastrique sur un gradient de densité de 1. 049 à 1.1398 g/ml à 1000 g pendant 8 min. Pour toutes ces préparations les gradients de densité contiennent des sels, un tampon fixant le pH de la solution et un agent densifiant tel que l'iodixanol ou le Nycodenz en respectant les conditions d'osmolarité et de pH permettant la survie des cellules.

Un autre aspect de l'invention est un dispositif et un procédé de pompage par goutte tournante, la rotation de la goutte étant obtenue par électromouillage comme décrit ci-dessus en relation avec les figures 6 8B.

Le dispositif est alors de type en configuration fermée, dont le principe a été expliqué ci-dessus en liaison avec les figures 2 - 5B.

Sur la figure 10A, les références 100, 108 et 112 sont d'ailleurs reprises des figures 2 - 5B et y désignent des éléments identiques ou similaires.

Les électrodes d'un dispositif de pompage sont identiques ou similaires à celles décrites ci-dessus en relation avec les figures 7A -7C, 8A, 8B, mais comportent en outre, comme illustré sur la figure 10A, des moyens 101, dits moyens d'aspiration ou de passage d'un fluide ambiant, permettant de faire circuler ce fluide ambiant, d'une atmosphère extérieure 300 vers l'intérieur du dispositif, c'est-à-dire vers une zone 102 comprise entre les deux substrats, zone que l'on peut appeler zone de piégeage du fluide. Ce fluide ambiant peut être gazeux. Il peut aussi être liquide, non miscible avec le liquide constitutif des gouttes 2.

Sur l'exemple de la figure 10A, les moyens d'aspiration ou de passage prennent la forme d'un simple trou 101 dans l'un des deux substrat (le substrat supérieur ou capot 100 sur cette figure 10A). Pour d'autres applications ou d'autres types de fluide, cet orifice peut être en outre muni d'un filtre ou d'une membrane poreuse.

Une goutte 2, mise en rotation par électromouillage comme déjà expliqué ci-dessus en relation avec les figures 6 - 9, va permettre de pomper l'atmosphère extérieure ou le milieu ambiant 300 (gaz ou liquide) qui va pénétrer dans la zone 102 par les moyens 101.

Les électrodes 4 qui vont permettre la mise en rotation de la goutte pourront avoir la forme des électrodes décrite ci-dessus en liaison avec la figure 6, ou bien ne pas être limitées à cette forme, et notamment ne pas avoir un rayon Ro et une extension radiale Lr qui satisfasse aux relations indiquées ci-dessus.

La forme des gouttes peut être améliorée par l'utilisation d'électrodes en forme d'ailettes.

Comme illustré sur la figure 10B, ceci peut être obtenu en dessinant des électrodes 4 à géométrie appropriée en forme d'aube.

Quelle que soit la forme des électrodes, du fait du mouvement de rotation, les gouttes exercent une force de pression sur le fluide ambiant, ce qui se traduit par l'existence d'une surpression le long de la face menante (extrados) et d'une dépression sur la face menée (intrados). Il y a donc transfert d'énergie entre les gouttes mises en mouvement par électromouillage et le fluide ambiant 300. Il en résulte un mouvement centrifuge du fluide ambiant, qui pénètre dans la zone 102 par les moyens 101, c'est-à-dire un écoulement dans un plan parallèle aux deux plaques ou substrats 100 et 1.

Ce mouvement centrifuge tend à écarter le fluide ainsi pompé du centre 0 ou de l'axe A de rotation des gouttes.

Plusieurs gouttes peuvent tourner simultanément afin d'augmenter l'effet de pompage.

La figure 10C illustre une variante du dispositif de la figure 10A, dans laquelle le trou 101 a une forme qui converge vers l'espace 102 inter substrats, ce qui permet de répartir de manière homogène, à l'entrée de la pompe, les vitesses du fluide pompé et assure un meilleur profil d'écoulement.

Un pion central 144 peut en outre être positionné au centre de la micropompe ou le long de l'axe A de rotation des gouttes 2. Ce pion peut être formé dans le même matériau que les substrats 1 et 100.

Il permet, lui aussi, d'améliorer le profil d'écoulement du fluide pompé. Sa forme peut être adaptée pour centrer et/ou optimiser cet écoulement et/ou ses lignes de flux.

Comme illustré en figure 11, le fluide pompé peut éventuellement être transféré vers un autre composant, intégré ou non, grâce à au moins un canal 142 réalisé par exemple dans un matériau 99 situé dans l'espace entre les deux plaques 1, 100. Le fluide est emmené dans ce canal du fait, d'une part, de la centrifugation ou de la rotation des gouttes 2, et, d'autre part, par l'action, sur le fluide, de la paroi 143 qui définit le canal 142. Sur la figure 11, l'exemple est celui des électrodes 4 en forme d'aubes, mais un canal d'évacuation 142 est compatible avec toute forme d'électrodes 4. De même un canal 142 peut être aménagé, que le système comporte, ou pas, un pion central 144.

Les liquides formant les gouttes tournantes peuvent être formés d'une solution aqueuse, ou de liquide ionique pour limiter l'évaporation.

Quant au fluide pompé à partir de l'environnement 300, ce peut être de l'air, ou plus généralement un gaz, ou un liquide. Dans ce dernier cas, le liquide est de préférence électriquement isolant. Un liquide est, de préférence encore, non miscible avec le liquide 2 formant les pales de la pompe.

Une autre application concerne la réfrigération: une étape de pompage faisant circuler de l'air ou un liquide permet une action réfrigérante.

Il est ainsi possible de former un micro-ventilateur pour composant électronique. Par exemple, sur la figure 10, la référence 1 pourrait désigner un composant électronique, qui serait donc réfrigéré de la manière décrite ci-dessus.

Pendant le pompage, des poussières et des particules, initialement contenues dans l'environnement 300 extérieur au dispositif, peuvent être piégées par les gouttes en rotation: ceci est particulièrement intéressant pour réaliser une opération d'extraction des particules- poussières de l'atmosphère ou du milieu environnant, par exemple de l'air, et pour les concentrer dans des gouttes 2, par exemple afin de procéder ensuite à une analyse et une identification des polluants, ou des pathogènes présents dans l'environnement. Les gouttes 2 peuvent être utilisées pour capter des particules afin de purifier l'atmosphère 300, même si il n'y a pas d'analyse de ces particules. Si l'environnement est un liquide, des particules peuvent également être capturées, ces particules étant par exemple des composés chimiques.

Au moins un ensemble d'électrodes permettant de déplacer et d'amener des gouttes vers un ensemble d'électrodes pour pompage, tels que ceux des figures 10A - 11, peut être du type de ceux décrits ci-dessus en liaison avec les figures 1A - 1C, 2, 3A - 3B, 4, 5A, 5B.

Ce ou ces ensembles peuvent également permettre de prélever une goutte à partir d'un réservoir tel que décrit ci-dessous en liaison avec les figures 13A - 13B.

On peut par exemple utiliser des répartitions d'électrodes telles que celles 40, 42 de la figure 9 pour amener et évacuer des gouttes.

Un dispositif de pompage selon l'invention 5 permet donc d'intégrer, dans un même ensemble, des moyens formant réservoir de liquide de pompage, des moyens de type électrodes, disposées sous une surface hydrophobe, pour amener, par électromouillage, des gouttes de ce liquide vers un site de pompage. Sur ce 10 site les gouttes sont, là encore, déplacées par électromouillage, mais en mouvement de rotation.

A partir de ce site, un fluide pompé peut être emmené par des moyens de canalisation 142, par exemple vers un site d'analyse.

Ou bien, des gouttes 2 ayant piégé des particules du milieu environnant 300 peuvent être emmenées ou évacuées, par exemple par électromouillage, vers un ou plusieurs site(s) d'analyse ou encore vers un site assurant une fonction de poubelle.

Un tel ensemble peut être formé sur un même substrat, ou entre deux substrats en configuration fermée ou confinée (figures 2 - 5B).

Un exemple de microsystème d'extraction est représenté sur les figures 12A et 12B, respectivement 25 en vue de dessus et de côté.

Ce microsystème 160 est composé de plusieurs puits-réservoir 21, 22. Un exemple de puits - réservoir est décrit plus loin, en liaison avec les figures 13A - 13B.

L'un des puits 22 est rempli de liquide devant former les palles fluides des pompes 20 centrifuges. La, ou les, gouttes ainsi formées sont transportées vers les sites de rotation de la ou des pompes utilisées. Plusieurs pompes peuvent être mises en oeuvre, la figure 12A en montre 12, disposées en matrice, désignées par les références 151, 152, 153, 154, 151-1, 152-1, 153-1, 154-1, 151-2, 152-2, 153-2, 154-2.

La mise en rotation des gouttes provoque l'aspiration du fluide situé au dessus et dans l'environnement du composant.

L'air est pompé à travers les trous associés à chaque pompe, comme expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 10A. L'air est évacué par des canaux 142 formés dans le matériau 99 situé entre les deux plaques 1, 100, comme expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 11.

Ainsi, l'air rentre perpendiculairement aux plaques (voir flèches de la figure 12B), et ressort sur la tranche du composant (voir flèches doubles sur la figure 12A).

Cette opération permet par exemple l'extraction des particules de l'air, c'est-à-dire qu'après pompage d'un certain volume d'air (plusieurs litres) les gouttes ont piégé des particules ou des poussières de l'air. Les gouttes peuvent alors être transportées, par exemple par électromouillage avec des électrodes 40 vers des zones 121 pour être analysées. On peut utiliser certains des réservoirs 22 pour former des gouttes de réactifs nécessaires à l'analyse, ces gouttes de réactifs pouvant être amenées vers les sites d'analyse 121, 123.

Ces gouttes sont alors mélangées avec une ou plusieurs des gouttes ayant servi au pompage et contenant les particules ou les poussières d'intérêt.

Un site d'analyse 121, 123 peut comporter des moyens thermiques et de contrôle en température, suivant les protocoles utilisés.

Un tel site peut en outre comporter des moyens d'analyse ou de mesure optique et/ou électrique et/ou électrochimique.

Enfin, après mesure, la goutte de pompage ou la goutte résultant du mélange goutte de pompage-goutte de réactif peut être envoyée vers un site 21 jouant le rôle de poubelle.

Par une centrifugation suivant l'invention, 15 on peut concentrer les échantillons d'intérêt, après ou pendant l'étape d'extraction.

Les opérations d'extraction d'air et les opérations du protocole de réactions peuvent être effectuées l'une après l'autre, ou simultanément si le microsystème travaille en continu.

Un dispositif selon l'invention peut être réalisé à l'aide des techniques de microtechnologie, comme expliqué à la suite des explication relatives aux figures 1A - 5B, et avec des matériaux tels que mentionnés dans ce même passage.

En outre, un matériau 99 servant d'espaceur, et permettant de structurer des canaux et des réservoirs peut être déposé et micro-usiné : il s'agit par exemple d'une couche de résine SU8 ou d'une couche de film sec photosensible du type Ordyl.

L'épaisseur de cette couche est par exemple comprise entre 50 pm et plusieurs centaines de microns (par exemple 200 pm).

Les électrodes de rotation ou de centrifugation des divers modes de réalisation de l'invention peuvent être activées selon un schéma souhaité par un opérateur ou commandé par des moyens électroniques programmés à cet effet; par exemple cette activation est réalisée à l'aide des moyens de commande des tensions des électrodes des figures 1A -5B déjà décrits ci-dessus. En particulier, les électrodes des figures 6 -12B peuvent être activées séquentiellement. L'activation d'une électrode conduit par exemple à la fermeture d'un moyen de commutation tel que le moyen 14 de la figure 1A. Le dispositif comporte en outre des moyens d'alimentation en tension, associés à l'ensemble d'électrodes, de moyens 14 de commutation et de pilotage ou de commande.

Un dispositif selon l'invention, qu'il soit de type pompe ou centrifugeuse, peut aussi comporter une alimentation en liquide pour la formation des gouttes. Par exemple le liquide est stocké dans des puits ou réservoirs 21, 22 (figure 12A), et des gouttelettes sont extraites de ce puits par électromouillage. Ces gouttelettes sont amenées sur les électrodes de rotation. Pendant le pompage ou la centrifugation les gouttes tournantes peuvent éventuellement s'évaporer: on peut alors réalimenter les gouttes tournantes en reformant des gouttelettes du puits.

Les figures 13A - 13D représentent comment peut être réalisé un réservoir 120 tel que les réservoirs 21 ou le réservoir 22.

Un liquide 200 à dispenser est déposé dans un puits 120 de ce dispositif (figure 13A). Ce puits est par exemple réalisé dans le capot supérieur 100 du dispositif. La partie inférieure, représentée de manière schématique sur les figures 13A - 13D, est par exemple similaire à la structure des figures 1A - 1C.

3 électrodes 4-1, 4-2, 4-3, similaires aux électrodes 4 de déplacement de gouttes de liquide, sont représentées sur les figures 13A -13D.

L'activation de cette série d'électrodes 4-1, 4-2, 4-3 conduit à l'étalement d'une goutte à partir du puits 120, et donc à un segment liquide 201 comme illustré sur la figure 13C.

Puis, on coupe ce segment liquide en désactivant une des électrodes activées (électrode 4-2 sur la figure 13C). On obtient ainsi une goutte 2, comme illustré sur la figure 13D.

On utilise donc une série d'électrodes 4-1, 4-2, 4-3 pour étirer du liquide du réservoir 120 en un doigt 201 (figures 13B et 13C) puis pour couper ce doigt 201 de liquide (figure 13D) et former une goutte 2 qui va pouvoir être emmenée vers tout site de mesure comme décrit ci-dessus.

On peut appliquer ce procédé en insérant des électrodes telles que les électrodes 4 - 1 entre le réservoir 120 et une ou plusieurs électrode 4 2 dite électrode de coupure.

Claims (48)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de déplacement de gouttes de liquide, comportant un premier substrat (1) à surface hydrophobe (8), des électrodes (4), dites de rotation, situées sous la surface hydrophobe et de manière fixe par rapport à cette surface, pour déplacer une goutte par électromouillage, ces électrodes étant disposées de manière radiale par rapport à un centre de rotation(0), entre un premier cercle intérieur et un deuxième cercle extérieur, tous deux concentriques, de centre le centre de rotation (0) des gouttes, le rayon Ro du premier cercle étant supérieur ou égal à la demi dimension radiale Lr/2 des électrodes de rotation.

2. Dispositif selon la revendication 1, les électrodes de rotation présentant une dimension radiale Lr supérieure à sa largeur Lm au rayon moyen.

3. Dispositif selon la revendication 2, Lr étant supérieure à 2Lm.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comportant des moyens pour activer les électrodes de rotation à une fréquence comprise entre 50 Hz et 10 kHz.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, au moins une électrode de rotation étant divisée en au moins trois sous-électrodes disposées radialement.

6. Dispositif selon la revendication 5, les sous-électrodes de chaque électrode étant de même surface.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, comportant des moyens (42) de déplacement de gouttes pour amener les gouttes vers ou sur l'une au moins des électrodes de rotation.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, comportant en outre des moyens (40) pour déplacer des gouttes depuis l'une des électrodes (4) de rotation

9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, les moyens (40, 42) de déplacement des gouttes étant des moyens de déplacement par électromouillage, comportant au moins une série d'électrodes (4) disposées sous la surface hydrophobe (8).

10. Dispositif de pompage d'un fluide, comportant au moins un dispositif de déplacement de gouttes selon l'une des revendications 1 à 9, et comportant en outre un deuxième substrat et des moyens (101) d'aspiration ou de passage, dans un des deux substrats, pour aspirer ou laisser passer un fluide d'un environnement (300) extérieur au dispositif vers chacun des dispositifs de déplacement de fluide.

11. Dispositif selon la revendication 10, chaque électrode de rotation d'au moins un dispositif de déplacement ou d'au moins un ensemble d'électrodes de rotation, étant en forme d'aube ou d'ailettes.

12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, les moyens d'aspiration ou de passage comportant un trou d'aspiration réalisé dans un des deux substrats.

13. Dispositif selon la revendication 12, ledit trou d'aspiration ayant une forme convergente vers l'espace (102) entre les deux substrats.

14. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, comportant en outre au moins un canal (142) d'évacuation d'un fluide.

15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, comportant en outre des moyens de détection, pour mesurer une concentration de particules ou un déplacement de particules ou un gradient de concentration de particules, dans le solvant de la goutte.

16. Dispositif selon la revendication 15, les moyens de détection étant de type optique, par exemple par densité optique, ou par colorimétrie ou par fluorescence ou par radioactivité.

17. Dispositif de pompage d'un fluide, comportant: un premier et un deuxième substrats (1, 100) définissant une cavité, les surfaces (8, 108) en regard de ces substrats étant hydrophobes et définissant au moins une zone (102) d'aspiration ou de piégeage du fluide, - des moyens (4) pour mettre en rotation autour d'au moins un axe (A) de rotation, par électromouillage, une goutte (2) de liquide disposée entre les deux substrats, dans la ou les zone(s) de piégeage du fluide, des moyens d'aspiration (101) ou de passage, dans un des deux substrats, pour introduire le fluide à pomper entre les deux substrats, dans la ou les zone(s) d'aspiration ou de piégeage du fluide.

18. Dispositif selon la revendication 17, les moyens pour introduire le fluide à pomper comportant au moins un orifice ou une ouverture dans un des substrats, autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à chacun des substrats et passant par le centre de rotation.

19. Dispositif selon la revendication 18, au moins un orifice ou au moins une ouverture étant de forme sensiblement convergent(e) vers une zone de piégeage du fluide.

20. Dispositif selon l'une des

revendications 17 à 19, les moyens pour mettre une

goutte en rotation autour d'un centre de rotation, par électromouillage, comportant des électrodes (4) disposées sous une des surfaces hydrophobes (8, 108), de manière radiale par rapport à un axe (A) sensiblement perpendiculaire à chacun des substrats et passant par ledit centre de rotation.

21. Dispositif selon la revendication 20, au moins une partie des électrodes ayant chacune une forme d'ailette.

22. Dispositif selon l'une des revendications 17 à 21, comportant en outre au moins un pion (144) situé le long de l'axe de rotation.

23. Dispositif selon l'une des revendications 17 à 22, comportant en outre des moyens (142) d'évacuation, à partir d'au moins une zone de piégeage, d'au moins une partie du fluide pompé.

24. Dispositif selon l'une des revendications 17 à 23, comportant en outre des moyens (40) d'évacuation, à partir d'au moins une zone de piégeage, d'au moins une partie du liquide de la ou des gouttes.

25. Dispositif selon la revendication 24, les moyens d'évacuation d'au moins une partie du liquide comportant des moyens de déplacement de gouttes de ce liquide par électromouillage.

26. Dispositif selon la revendication 25, les moyens de déplacement des gouttes, par électromouillage, des moyens d'évacuation, comportant une pluralité d'électrodes disposées sous au moins une des surfaces hydrophobes.

27. Dispositif selon la revendication 26, lesdites électrodes définissant une pluralité de chemins d'évacuation.

28. Dispositif d'analyse de liquide comportant un dispositif selon l'une des revendications 17 à 27, et comportant en outre au moins une zone, dite zone d'analyse, comportant des moyens d'analyse ou de mesure de liquide.

29. Dispositif selon la revendication 28, ladite au moins une zone d'analyse étant reliée à au moins une zone de piégeage par des moyens d'évacuation, par exemple par électromouillage.

30. Dispositif selon la revendication 28 ou 29, les moyens d'analyse ou de liquide comportant des moyens de mesure optique et/ou des moyens de mesure électrique et/ou des moyens de mesure électrochimique et/ou des moyens de mesure thermique et/ou des moyens de mesure physique.

31. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 30, comportant en outre des moyens pour déplacer des gouttes de réactifs d'analyse.

32. Dispositif selon la revendication 31, les moyens pour déplacer des gouttes de réactifs d'analyse étant des moyens de déplacement de gouttes par électromouillage.

33. Dispositif selon l'une des revendications 17 à 32, comportant une pluralité de zones de piégeage du fluide, chaque zone étant disposée autour d'un axe de rotation de gouttes de liquide.

34. Procédé de pompage d'un fluide, mettant en oeuvre un dispositif selon l'une des revendications 10 à 14 ou 17 à 33, au moins une goutte de liquide étant disposée entre les deux substrats, chaque goutte étant entraînée en rotation par électromouillage, dans la zone de piégeage du fluide, ce dernier étant attiré dans ladite zone du fait de cette rotation.

35. Procédé selon la revendication 34, le 20 liquide d'au moins une goutte de liquide comportant une solution aqueuse ou un liquide ionique.

36. Procédé selon la revendication 34 ou 35, le fluide pompé étant gazeux ou comportant un 25 liquide non miscible avec le liquide des gouttes.

37. Procédé selon la revendication 34 ou 35, le fluide pompé étant gazeux ou un liquide non miscible avec le liquide de la goutte, ce fluide gazeux ou liquide contenant des particules, qui sont piégées dans la ou les goutte(s).

38. Procédé de centrifugation d'une goutte de liquide (2) contenant des particules (20) en suspension dans un solvant, ces particules ayant une masse volumique différente de celle du solvant, ce procédé comportant une centrifugation de la goutte, par électromouillage sur un substrat hydrophobe, autour d'un axe de rotation (0).

39. Procédé selon la revendication 38, des électrodes, dites électrodes (4) de rotation, étant disposées sous le substrat hydrophobe (8), de manière fixe par rapport à ce substrat, et de manière radiale par rapport à un axe (A) perpendiculaire à un plan défini par le substrat et passant par le centre (0) de rotation des gouttes lors de la centrifugation.

40. Procédé selon l'une des revendications 38 ou 39, la centrifugation étant poursuivie jusqu'à formation d'au moins un amas de particules à au moins une extrémité de la goutte.

41. Procédé selon l'une des revendications 38 à 40, comportant en outre une étape de séparation de la goutte après centrifugation, pendant ou après la rotation de la goutte.

42. Procédé selon la revendication 41, la séparation de la goutte étant réalisée, après centrifugation, sur ladite surface hydrophobe, à l'aide d'un au moins deux électrodes de séparation (40) disposées sous la surface hydrophobe (8).

43. Procédé selon la revendication 42, les électrodes de séparation (40) étant disposées dans le prolongement d'une des électrodes de centrifugation, la goutte étant, après centrifugation et rotation, déplacée sur ces électrodes de séparation, puis séparée par activation sélective de ces électrodes de séparation.

44. Procédé selon l'une des revendications

38 à 43, au moins une électrode de centrifugation (4-k) étant divisée en au moins trois sous-électrodes (4-k1r 4-k2, 4-k3) d'une électrode (4-1), dites de séparation, disposées de manière radiale par rapport au centre de rotation, la goutte étant séparée, après centrifugation et pendant ou après rotation, par activation sélective de ces sous- électrodes de séparation.

45. Procédé selon la revendication 44, les au moins trois sous-électrodes de séparation étant de surfaces identiques.

46. Procédé selon l'une des revendications 38 à 45, comportant en outre une étape de contrôle optique de la centrifugation de la goutte.

47. Procédé selon la revendication 46, le contrôle optique permettant de mesurer la concentration de particules ou le déplacement de particules ou un gradient de concentration de particules, dans le solvant de la goutte.

48. Procédé selon l'une des revendications 38 à 47, la centrifugation ayant lieu à une vitesse de rotation comprise entre 50 tours/minute et 10000 tours/minute.