FR2887787A1 - Utilisation de polymeres reactifs pour moduler et controler les flux electrocinetiques dans un dispositif micro-ou nanofluidique - Google Patents

Abstract

La présente Invention se rapporte au domaine de la microfluidique et en particulier à celui de l'électrophorèse sur dispositif micro- ou nanofluidique.Elle concerne plus particulièrement l'utilisation d'un revêtement polymère réactif apte à subir une séparation de phase sous l'influence d'une stimulation externe de nature chimique ou physique, pour moduler les flux électrocinétiques (flux électroosmotique et électrophorétique pendant une électrophorèse par exemple) dans un dispositif miniature micro- ou nanofluidique, une méthode pour faire varier les flux électrocinétiques au sein d'un tel dispositif en mettant en oeuvre ledit revêtement, ainsi que les dispositifs micro ou nanofluidiques comportant au moins un canal ou un capillaire dont la surface interne est recouverte au moins en partie par un tel revêtement.

Description

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La présente Invention se rapporte au domaine de la microfluidique et en particulier à celui de l'électrophorèse sur dispositif micro- ou nanofluidique.

Elle concerne plus particulièrement l'utilisation d'un revêtement polymère réactif apte à subir une séparation de phase sous l'influence d'une stimulation externe, pour moduler les flux électrocinétiques (flux électroosmotique et électrophorétique pendant une électrophorèse par exemple) dans un dispositif micro-ou nanofluidique, une méthode pour faire varier les flux électrocinétiques au sein d'un tel dispositif en mettant en uvre ledit revêtement, ainsi que les dispositifs micro- ou nanofluidiques comportant au moins un canal ou un capillaire dont la surface interne est recouverte au moins en partie par un tel revêtement.

Lors de la réalisation d'électrophorèses, le mouvement et la séparation subséquente d'objets chargés est provoquée par l'application d'un champ électrique. A l'origine, les électrophorèses étaient réalisées sur des supports non convectifs tels que du papier poreux ou bien des gels de polyacrylamide ou d'agarose.

Plus récemment, cette technique de séparation puissante a adopté de nouvelles géométries qui ont conduit à la création de l'électrophorèse capillaire ou sur micropuces (Grossman, P.D. et al., "Capillary Electrophoresis, Theory and Practice ", 1992, Academic Press, San Diego).

L'électrophorèse capillaire est une méthode analytique de séparation de molécules chargées ou neutres sous l'influence d'un champ électrique à l'intérieur d'un capillaire. Une évolution de cette technique est de réaliser la séparation sur micropuce ("microchip"), ce qui permet d'accélérer drastiquement les temps d'analyse et de les réduire à quelques secondes. Lorsque des objets chargés, tels que des biomolécules, sont dissous dans des solutions salines, la concentration en ions près de la surface desdits objets chargés, c'est-à-dire à l'interface liquidesolide, est perturbée (attraction des contre-ions vers la surface et répulsion des co-ions). Les contre-ions se trouvant très proches des molécules chargées s'adsorbent à leur surface et forment ce qu'il est convenu d'appeler une couche de Stem. Cette couche est statique par nature et son épaisseur, également connue sous le nom de longueur de Bjerrum (1B) répond à l'équation (eq. ]) suivante: l = e2 / 4'TrEbEokt3T (eq. 1) 2887787 2 dans laquelle e est la charge d'un électron, Eo est la permittivité du vide, Eb est la constante diélectrique du liquide, kB est la constante de Boltzman et T est la température absolue. Plus loin de la surface, les contre-ions, bien qu'encore attirés par la surface, sont plus mobiles et forment ce qu'il est convenu d'appeler une couche diffuse. L'équilibre entre l'ordonnancement des forces électrostatiques et la répartition aléatoire des forces thermiques conduit à la formation d'une double couche électrique (également connue sous le nom de couche de DebyeHückle) au-delà de laquelle la charge de l'objet est neutralisée. La chute de la charge de surface (y/) est décrite, pour les objets faiblement chargés, par l'équation (eq. 2) suivante (équation de Debye-10 Hückle) : xlf(,) = Wze KY (eq. 2) dans laquelle K-1 est la longueur ou l'épaisseur de la double couche électrique (également connue sous le nom de longueur Debye) et 4i est la charge de surface (ou potentiel zeta). La longueur Debye est la plus importante échelle de longueur dans le domaine de l'électrocinétique. Elle est inversement proportionnelle à la racine carrée de la concentration en électrolyte au sein de la solution (K' C). K-1 est de l'ordre de quelques nanomètres dans les tampons physiologiques standards et peut atteindre des valeurs allant jusqu'à 1 ni dans l'eau pure à pH 7.

Lorsqu'un champ électrique (E) est appliqué à une solution saline, renfermant des molécules chargées (avec une charge q et un diamètre R), la force électrique agit sur les molécules chargées, qui vont migrer vers l'électrode de charge opposée (flux électrophorétique). La vélocité totale (v) des molécules chargées est proportionnelle à la force électrique appliquée et inversement proportionnelle aux forces de frictions entre les molécules chargées et les contre-ions solvatés. Etant donné que la solution est chargée uniquement à l'endroit de la double couche électrique (en dehors de cette double couche électrique, la solution électrophorétique est neutre), toutes les forces de friction se dissipent dans cette région. Par conséquent, l'épaisseur de la double couche électrique influence de manière importante la vélocité des molécules chargées.

Pour les petites molécules (K"' R), la mobilité électrophorétique ( eh) est calculée par l'équation (eq. 3) suivante: es = v/E = q/67tfR (eq. 3) dans laquelle)] est la viscosité de la solution aqueuse d'électrolytes.

De façon contraire, la mobilité électrophorétique devient indépendante de la taille des molécules chargées dans le cas de molécules de taille supérieure (K-' R) car la force électrique et la force de friction sont toutes deux proportionnelles à la taille des molécules. Dans ce cas, la mobilité électrophorétique est calculée par l'équation (eq. 4) suivante: el = 4b4O11z/Tl (eq. 4) Par conséquent, les molécules de grosse taille uniformément chargées, telles que par exemple les oligonucléotides de plus de 15 mers, l'ADN, les protéines chargées de façon uniforme et les polysaccharides, migrent, dans les champs électriques à des vitesses qui ne dépendent pas de leur taille.

Par ailleurs, la dispersion (a2) de l'échantillon dans la solution d'électrophorèse est gouvernée par une simple diffusion et peut être calculée par l'équation (eq. 5) suivante: G' = 2Dt (eq. 5) dans laquelle D est le coefficient de diffusion moléculaire et t est le temps. Il doit en particulier être noté que lorsque la conductivité de la zone dans laquelle l'échantillon a été injecté est très différente de la conductivité de la solution tampon utilisée, la dispersion de l'échantillon est alors gouvernée par ce que l'on appelle la dispersion électrocinétique qui est différente de la simple diffusion. Cette dispersion électrocinétique est caractérisée par des pics d'échantillons asymétriques.

Pendant l'électrophorèse, on observe également un mouvement de la solution électrophorétique (solution aqueuse d'électrolytes). Ce mouvement s'appelle le flux électroosmotique (FEO) (ou en anglais "Electro-Osmotic Flow" : EOF ou "plug-like flow"). Cet EOF est caractérisé par un profil de vélocité plat et une dispersion de l'échantillon purement diffusive. Lorsque qu'un électrolyte est adjacent à la surface, cette surface peut être chargée par l'intermédiaire de l'ionisation des groupements chimiques liés de façon covalente sur ladite surface (cas par exemple des surfaces de verres qui produisent des groupements de surface de type SiOH et qui relarguent des protons en présence d'eau) ou par l'intermédiaire d'ions adsorbés. Dans les deux cas, les surfaces se retrouvent chargées alors que la concentration en ions près de la surface se retrouve perturbée, i.e. les contre-ions sont attirés vers la surface et les co-ions en sont repoussés. Comme dans le cas des molécules chargées en solutions salines décrit ci-dessus, la charge de surface conduit à la formation d'une double couche électrique d'une certaine épaisseur, également appelée épaisseur de Debye, K-1, pouvant être calculée selon l'équation (eq. 6) suivante: x _ (EbsoknT/2cz2e2)1/2 (eq. 6) dans laquelle, c est la concentration en électrolytes, z est la charge des ions de l'électrolyte et e est la charge d'un électron. Pour les solutions diluées (4b = 78,49), à 25 C, cette équation peut être exprimée comme suit (eq. 7) : K = 0.304 z c-'2 (eq. 7) dans laquelle C est la concentration totale en électrolytes exprimée en mol/l et K -1 est exprimé en nm.

Lorsqu'un champ électrique Ee.;, est appliqué dans un canal ou dans un capillaire, comme c'est le cas par exemple au cours d'une électrophorèse, il s'établit une force électrique qui agit sur la charge de volume dans la couche de Debye constituée d'un excès de contre-ions solvatés. En dehors de cette région, le liquide est électriquement neutre et la force du champ électrique appliqué aux ions s'annule. Cependant, étant donné qu'il existe une force de champ dans la double couche électrique, le champ électrique local qui est tangent à la surface du canal génère une force s'exerçant dans la masse du fluide, ladite force induisant un cisaillement et générant un mouvement du liquide à l'intérieur du canal. Ce mouvement de liquide est appelé électroosmose. La vitesse du flux électroosmotique est égale à zéro à la surface du canal et augmente à proximité de la double couche électrique et devient constante au delà de cette double couche. La vitesse du flux électroosmotique est proportionnelle à l'intensité du champ électrique et au potentiel de surface (potentiel zeta) et inversement proportionnelle à la viscosité du liquide au sein de la double couche électrique; elle ne dépend pas du diamètre du canal aussi longtemps que le diamètre d est beaucoup plus grand que l'épaisseur de la double couche électrique (d K-I). Bien évident. ceci s'applique à la plupart des systèmes microfluidiques dans lesquels le diamètre des canaux ou des capillaires est habituellement de l'ordre du micron alors que l'épaisseur de la couche de Debye est de l'ordre du nanomètre.

Cependant, l'électrophorèse capillaire ou sur micropuce comporte un certain nombre d'inconvénients non négligeables. Elle est en particulier très sensible à la fois à la chimie de la solution et à la chimie de la surface du capillaire ou de la micropuce. Ceci a souvent pour conséquence de conduire à des changements de flux au cours de l'analyse qui compromettent la reproductibilité et la quantification. Dans le cas des méthodes analytiques nécessitant la réalisation de plusieurs étapes intégrées au sein d'un même dispositif micro- ou nanofluidique, des changements incontrôlés et inattendus du flux électroosmotique peuvent conduire à l'échec de la méthode.

Il est donc nécessaire de pouvoir réguler de façon très précise le flux électroosmotique au sein de dispositifs analytiques micro- ou nanofluidiques pour en compenser les variations non désirées et en particulier pour empêcher sa réduction.

Le contrôle de l'électroosmose est donc une tache importante, notamment lors de séparations électrophorétiques, dans la mesure où la magnitude et la direction du flux électroosmotique affectent la mobilité propre des analytes dans le système. Ainsi que cela a amplement été expliqué précédemment, le flux électroosmotique est en effet influencé par la présence de la couche de Debye présente à l'interface solide/liquide et est dépendant des propriétés physico-chimiques de la surface et de la composition en électrolytes. L'eau est le solvant habituellement utilisé en électrophorèse capillaire (FC). Les caractéristiques du flux électroosmotique dans les capillaires en verre de silice habituellement utilisés dans ces systèmes aqueux sont bien connues. Le flux électroosmotique (FEO) dans les capillaires en verre de silice est dirigé vers la cathode et la magnitude dépend du pH du tampon et de sa concentration. Il est possible de faire varier le FEO par addition de tensioactifs pour l'électrolyte. Cependant, cette approche présente un certain nombre d'inconvénients dans la mesure où elle nécessite des changements de la composition du de la solution aqueuse d'électrolytes qui ne sont pas toujours permis, ni réversibles elle est également difficile à mettre en oeuvre de façon dynamique au cours de l'analyse.

Une des manières les plus efficaces pour faire varier le FEO dans les systèmes micro- ou nanofluidiques, et en particulier dans les dispositifs d'électrophorèse capillaire, est la modification chimique de la surface des capillaires par l'application de revêtements de surface appropriés. De nombreux rapports font en effet état d'une moindre réduction du flux électroosmotique ainsi que d'une diminution de l'adsorption des solutés sur les parois internes des capillaires grâce à l'utilisation de divers revêtements de surface de nature chimique. Les revêtements de nature chimique sont souvent constitués de brosses de polymères hydrophiles, neutres ou chargés. Pour éliminer le FEO en EC, on emploie généralement un revêtement constitué de brosses de polymères neutres. De telles brosses de polymères augmente de façon significative la viscosité de la solution dans la double couche électrique et couple de façon hydrodynamique cette double couche électrique avec le reste de la solution.

C'est ainsi qu'il a déjà été proposé, pour diminuer le FEO, d'utiliser un polyacrylamide linéaire non réticulé lié aux parois du capillaire par l'intermédiaire d'un réactif de type organosiloxane (Hjertén S., J. Chromatogr., 1985, 347, 191-198). Cependant, les brosses de polymères employées et étudiées par cet auteur sont passives et ne répondent pas à des stimulations externes telles que la lumière, la température ou le pH.

Toujours dans la même ligne, d'autres auteurs ont préconisé l'emploi de brosses de polymères pour diminuer le FEO. Par exemple, Bruin G.J.M. et al. (J. Chromatogr.. 1989, 471, 429-436) ont utilisé des revêtements fins à base de polyéthylèneglycol (PEG) de façon à diminuer. de façon partielle, le FEO et pour minimiser l'adsorption des protéines sur les parois des capillaires. Ils indiquent cependant qu'un tel revêtement ne permet pas de supprimer totalement le FEO ni l'adsorption des protéines, notamment lorsque l'EC est réalisée à de hautes valeurs de pH (pH > 5).

Nashabed W. et El Rassi Z. (J. Chromatogr. A, 1991, 559, 367-383) décrivent la préparation de capillaires de verre de silice comportant des fonctions polyéther hydroxylées liées à la surface interne des parois et leur utilisation pour la séparation des protéines par EC. Selon une première approche les revêtements hydrophiles sont constitués de deux couches une sous-couche de glycéropropylpolysiloxane (liée de façon covalente à la surface interne du capillaire) et une couche de surface de type polyéther. Selon une seconde approche, la paroi du capillaire est revêtue avec des chaînes de polyéther polysiloxane attachées de façon 2887787 7 covalente à la surface interne du capillaire. Les auteurs indiquent que ces revêtements permettent de réduire l'adsorption des solutés sur les parois, tout en étant stables et dotés de propriétés séparatives, conduisant ainsi à des résultats fiables et reproductibles.

D'autres auteurs ont préconisé de modifier la surface interne des capillaires par des revêtements polymères passifs obtenus à partir: - de polymères époxy liés de façon covalente à la silice par l'intermédiaire d'un bras glycérylpropylsilane (revêtement limitant les interactions avec les protéines par encombrement stérique dû à la présence des groupements silanol) ; - de polyvinylméthylsiloxanediols réticulés puis recouverts d'une couche de polyacrylamide linéaire fixée par l'intermédiaire de doubles liaisons sur le siloxanediol; le polyacrylamide étant finalement réticulé avec du formaldéhyde (revêtement neutre statique) ; - de polyvinylalcools (PVA) permettant de réaliser des revêtements permanents, stables sur une large gamme de pH et utilisables pour la séparation des glycoprotéines; - d'homopolymères simplement adsorbés sur les surfaces internes des capillaires tels que le PVA, le polydiméthylacrylamide (PDMA) , les polyéthylèneoxydes (PEO) et la polyvinylpyrrolidone (PVP) et conduisant à des couches polymères à structure fractale; le polymère le plus performant pour éliminer le FEO étant le PDMA (Madabhushi R.S., Electrophoresis, 1 998, 19, 224-230).

L'ensemble de ces polymères présente néanmoins l'inconvénient de conduire à des revêtements passifs, c'est-à-dire pour lesquels il n'est pas possible de faire varier les propriétés sous l'action d'une stimulation externe.

Depuis plusieurs années, différents types de surfaces greffées par des brosses de polymères réactifs, c'est-à-dire capables de réagir et de se modifier en réponse à un stimulus externe, ont été étudiés. Ces brosses de polymères réactifs peuvent par exemple être obtenues à partir de polymères de type poly (N-isopropyl acrylamide) (PNIPAM) qui subissent une transition de phase (pelote-globule) à leur température de solution critique la plus basse (en anglais "lover critical solution temperature" : LCST) qui est de 32 C 1 à 2 C environ à l'état pur dans l'eau (Heskins, M. et al., J. Macromol. Sci. Chem., 1968, A2, 1441 et Schild, H. G., Prog. Polym. Sci, 1992. 17, 163). I)e ce fait, les surfaces revêtues par un tel polymère ont des propriétés dépendantes de la température telles que la mouillabilité et l'épaisseur du revêtement. Il a cependant été démontré que le comportement des PNIPAM greffés sur des surfaces en fonction de la température (en particulier la séparation de phase) est sensiblement différent du comportement de ces mêmes polymères en solutions. Les polymères greffés sont souvent allongés lorsque la densité de greffage est suffisamment élevée.Les surfaces modifiées par un revêtement à base de PNIPAM ont été utilisées pour des applications variées. Par exemple, des billes de silice modifiées par un copolymère contenant du PNIPAM ont été utilisées comme phase stationnaire pour des séparations chromatographiques en phase liquide à température régulée (Kanazawa, H. et al., Anal. Chem., 1996, 68, 100-105). Des particules magnétiques fonctionnalisées par du PNIPAM ont été utilisées dans des expériences d'adsorption et de désorption contrôlées de protéines (Elaissari A. et al., Magnetism and Magnetic Materials, 2001, 225, 151155). Des surfaces planes comportant des polymères de type PNIPAM greffés ont également été utilisées comme support de culture cellulaire (Aoki T. et al., J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 1995, 7, 539-550) et en ingénierie tissulaire (Yamamoto M. et al., Tissue Eng., 2001, 7, 473-480).

11 n'existe cependant à ce jour aucun dispositif micro- ou nanofluidique dans lequel il est possible de faire varier et de contrôler le flux électrocinétique de façon simple et réversible.

C'est donc afin de remédier à l'ensemble des inconvénients des dispositifs micro- et nanofluidiques actuellement disponibles et de pourvoir à une solution technique permettant de réguler facilement, rapidement, et de façon réversible les flux électrocinétiques pendant la réalisation d'une analyse dans un dispositif micro-ou nanofluidique que les Inventeurs ont mis au point ce qui fait l'objet de la présente Invention.

Au sens de la présente Invention, on entend par "régulation", toute augmentation, diminution ou disparition des flux électrocinétiques, du point de vue statique et dynamique, spatial et temporel.

Les Inventeurs ont en particulier constaté, de façon surprenante que dans certaines conditions, le greffage d'un revêtement sur au moins une partie de la surface interne d'un canal de géométrie variable ou d'un capillaire d'un dispositif micro- ou nanofluidique, permet de répondre à ce problème technique lorsque ledit revêtement est obtenu à partir de polymères flexibles aptes à subir une séparation de phase en solution aqueuse (séparation réversible: transition pelote-globule).

Cette solution technique est à la base de la présente Invention.

La présente Invention a donc pour premier objet l'utilisation d'un revêtement polymère réactif. greffé sur au moins une partie de la surface interne d'un canal ou d'un capillaire d'un dispositif micro- ou nanofluidique contenant au moins une solution aqueuse d'électrolytes, ladite surface comportant des groupements chimiques chargés électriquement formant une double couche électrique à l'interface liquide- solide, ledit revêtement ayant les caractéristiques suivantes: a) il est constitué d'une couche de polymères flexibles aptes à subir une séparation de phase (transition pelote-globule) en solution aqueuse sous l'influence d'une stimulation externe de nature physique ou chimique, b) les polymères sont greffés de façon covalente sur ladite surface par l'une seulement de leurs extrémités, pour moduler, de façon réversible, et contrôler les flux électrocinétiques au sein dudit dispositif sous l'influence d'une activation externe de nature chimique ou physique.

Les Inventeurs ont en effet démontré que sous l'influence d'une activation externe de nature chimique ou physique, l'épaisseur de la couche de polymères constituant le revêtement greffé peut varier en raison d'une séparation de phase (transition pelote-globule) des polymères qui deviennent plus ou moins solubles dans la solution aqueuse d'électrolytes. Le changement d'épaisseur du revêtement polymère fait varier la viscosité de la solution de la double couche électrique présente à l'interface liquide-solide du dispositif micro- ou nanofluidique. Ce changement de viscosité de la solution à proximité de la surface interne (de l'ordre de quelques nanomètres) permet ainsi de faire varier de façon significative les propriétés électrocinétiques du dispositif ou celles des molécules chargées.

En particulier, une diminution de la viscosité de la solution aqueuse d'électrolytes présente au sein de la double couche électrique située à I'interface liquide-solide du dispositif micro- ou nanofluidique (faible solubilité des polymères) entraîne une augmentation du flux électrocinétique. Dans ce cas, les polymères sont dits "activés", l'épaisseur du revêtement polymère est inférieure à l'épaisseur de la double couche électrique présente à l'interface liquide-solide du dispositif micro- ou nanofluidique, conduisant ainsi à une augmentation du flux électrocinétique.

Inversement, une augmentation de la viscosité de la solution aqueuse d'électrolyte présente au sein de la double couche électrique située à l'interface liquide-solide du dispositif micro- ou nanofluidique (grande solubilité des polymères conduisant à un revêtement polymère sous la forme d'une brosse de polymères gonflés) entraîne une diminution du flux électrocinétique. Dans ce cas, les polymères sont dits "inactivés", l'épaisseur du revêtement polymère est supérieure à l'épaisseur de la double couche électrique présente à l'interface liquide-solide du dispositif micro-ou nanofluidique, conduisant ainsi à une diminution du flux électroosmotique.

Selon l'Invention, l'épaisseur de la double couche électrique présente à l'interface du dispositif d'électrophorèse est généralement comprise entre 0,1 nm et 1 lam environ, de préférence entre 0,5 et 10 nm environ et encore plus préférentiellement entre l et 5 nm environ.

La surface interne du dispositif peut être plane, concave ou micro-ou nanostructurée et peut être constituée de tout matériau solide dont la surface peut être fonctionnalisée par des groupements chimiques ionisables en solution aqueuse.

Parmi de tels matériaux, on peut notamment citer le verre, le quartz, la silice et les matériaux polymères tels que les plastiques.

Le canal du dispositif peut avoir une géométrie variable. Selon une forme de réalisation préférée de l'Invention, le canal et le capillaire ont des dimensions telles que leur plus petite largeur ou leur diamètre sont supérieurs à l'épaisseur de la double couche électrique. Cette dimension est de préférence inférieure à 1 mm environ, plus préférentiellement inférieure ou égal à 0,5 mm environ et encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 0,1 mm environ.

Les groupements chimiques présents à la surface interne du canal ou du capillaire sont chargés électriquement car ils sont choisis parmi les groupements chimiques ionisables en présence d'une solution aqueuse. Parmi de tels groupements, on peut notamment citer les groupements silanol (-Si-OH) lorsque la surface interne est un oxyde de silice hydraté, du quartz ou du verre; les amines primaires, secondaires ou tertiaires; les groupements sulfate, sulfonate, phosphonate et carboxylique. C'est la présence de ces groupements chargés sur la surface interne du dispositif qui conduit à la formation de la double couche électrique à l'interface liquide-solide.

Les polymères utilisables selon l'Invention sont greffés de façon covalente sur la surface interne dudit canal ou dudit capillaire, de préférence par l'intermédiaire de groupements chimiques choisis parmi les groupements silanol (-Si-OH), vinyle (CH-CH2), carboxyle (-COOH), amino (NH2), époxy (-CH-(0)CH2), oxyamine (-0-NH2), thiol (-SH), halogénure (-Br ou Cl), etc. Selon une forme de réalisation particulière de l'Invention, la surface interne du canal ou du capillaire peut être modifiée par au moins deux types de groupements chimiques de nature différente. Dans un tel cas, le premier type de groupements chimiques peut être utilisé pour le greffage covalent des polymères constituant le revêtement réactif, alors que le deuxième type de groupements 15 chimiques peut servir à charger électriquement la surface interne du canal ou du capillaire et éventuellement à fixer des molécules telles que des molécules sondes de nature biologique qui ne sont pas sensibles à l'activation chimique ou physique qui sera utilisée pour activer le revêtement polymère. Dans ce cas, lorsque les polymères sont activés et adoptent une conformation en globule, les molécules sondes deviennent 20 accessibles pour les molécules cibles éventuellement présentes dans la solution aqueuse d'électrolytes alors qu'elles ne le sont pas lorsque les polymères réactifs ne sont pas activés puisqu'elles sont, en quelque sorte, masquées dans l'épaisseur du revêtement polymère (brosse de polymères).

Selon une autre forme de réalisation de l'Invention, la densité de greffage des chaînes de polymère constituant le revêtement réactif est inférieure à la densité des groupements chimiques de surface, et ce, quelle que soit leur nature. Dans ce cas, des groupements chimiques restent libres après le greffage du revêtement polymère.

Ainsi que cela a été expliqué précédemment, les polymères utilisables conformément à l'Invention répondent à une stimulation externe par une séparation de phase. Ainsi, lorsque les polymères sont inactivés, l'épaisseur du revêtement polymère réactif est supérieure à celle de la double couche électrique. 10

Dans ce cas, la viscosité de la solution aqueuse d'électrolytes au sein de la double couche électrique est supérieure à celle de la solution aqueuse d'électrolyte en dehors de cette double couche et tend vers l'infini. Dans ces conditions, lorsqu'un champ électrique est appliqué au dispositif, le flux électrocinétique de la solution aqueuse d'électrolytes (flux électroosmotique) tend vers zéro.

Inversement, lorsque les polymères sont activés, l'épaisseur du revêtement polymère est inférieure à celle de la double couche électrique (polymères en conformation globulaire). Dans ce cas, la viscosité de la solution aqueuse d'électrolytes au sein de la double couche électrique est égale ou sensiblement égale à celle de la solution aqueuse d'électrolytes en dehors de cette double couche. Dans ces conditions, lorsqu'un champ électrique est appliqué au dispositif, le flux électroosmotique de la solution aqueuse d'électrolytes est différent de zéro et proportionnel au potentiel de surface (potentiel zeta).

Selon l'Invention, la densité de greffage des polymères formant le revêtement est telle que la distance séparant les points d'ancrage de deuxchaînes polymère sur ladite surface est supérieure, égale ou inférieure au rayon de giration desdites chaînes.

Selon une forme de réalisation particulière de l'Invention, la densité de greffage des polymère est telle que les polymères se présentent sous la forme d'un revêtement discontinu et hétérogène lorsque les polymères sont à l'état effondré (polymères "activés") et forment des trous permettant aux charges de surface d'être exposées à la solution aqueuse d'électrolytes.

Au sens de la présente Invention, un polymère est dit "flexible" lorsque la longueur théorique de sa chaîne L est supérieure à sa longueur rémanente.

Les polymères pouvant former le revêtement utilisable selon l'Invention peuvent être linéaires ou ramifiés. Ils sont de préférence choisis parmi les polymères linéaires.

Les polymères utilisables conformément à l'Invention peuvent être classés en fonction de la nature de l'activation à laquelle ils sont sensibles d'un point de vue conformationnel (chimique: pH, force ionique par exemple ou physique: lumière, température, champ magnétique ou électrique) .

Selon une première forme de réalisation de l'Invention, le revêtement polymère est constitué de polymères choisis parmi les polymères sensibles à une activation externe de nature physique.

Parmi de tels polymères, on peut premièrement citer les polymères sensibles aux variations de température, c'est-à-dire dont la solubilité, et par conséquent la conformation tridimensionnelle, varient en fonction des variations de température. Au sein de cette famille de polymères, figurent notamment les polymères de type acrylamide et méthacrylamide dans lesquels on peut facilement faire varier la LCST en fonction de la nature des groupements alkyles et parmi lesquels on peut citer le poly(Nisopropyl acrylamide) PNIPAM ayant une LCST de 32 C environ, le poly(N,N'méthylpropylacrylamide) de LCST = 14 C environ, le poly(Npropylacrylamide) de LCST = 22 C environ, le poly(N,N'méthyléthylacrylamide) de LCST = 57 C environ, le poly(Npropylméthacrylamide) de LCST = 28 C environ, le poly(N,N'isopropylméthacrylamide) de LCST = 45 C environ; les copolymères résultant de la copolymérisation de monomères choisis parmi le N- isopropyl acrylamide, le N,N'-méthylpropylacrylamide, le N- propylacrylamide, le N,N'-méthyléthylacrylamide. N,N'-i sopropylméthacrylaiuide d'un monomères choisi N,N'-méthylpropylacrylamide, N,N'-méthyléthylacrylamide, N,N'-isopropylméthacrylamide externes de nature chimique le N-propylméthacrylamide et le les copolymères résultant de la copolymérisation parmi le N-isopropyl acrylamide, le le Npropylacrylamide, le le N-propylméthacrylamide et le et d'un monomère non sensible aux variations ou physique choisi parmi l'acrylamide, le N,Ndiméthylacrylamide, l'acide acrylique et les monomères de type acrylamide; et les copolymères blocs d'oxyde de polyéthylène, d'oxyde de polypropylène et de méthylcellulose (Heskins M. et al., Macromol. Sci.- Chem. A2, 1968, 1441; Taylor L. D. et al., J. Polym. Sci.: Polym. Chem. Ed. 1975, 13, 2551-2570. ; Schield, H.G., Prog. Polym. Sci., 1992, 17, 163-249. ; Freitag, R. et al., M. J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem., 1994, 32, 3019-3030. ; Mao, H. et al., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 2850- 2851).

Ainsi. les brosses de polymères constituant le revêtement réactif utilisable selon l'Invention se trouvent dans un état hydraté et gonflé en solution aqueuse lorsque la température de ladite solution est inférieure à la LCST et deviennent hydrophobes et s'effondrent quand la température de la solution est supérieure à la LCST.

Parmi les polymères sensibles à une activation physique, on peut également citer les polymères sensibles à une irradiation lumineuse. Au sein de cette famille figurent notamment les polymères comprenant un motif azobenzène parmi lesquels ont peut par exemple citer les copolymères de N-isopropylacrylamide et de N-(4-(phénylazo)-phényl)- acrylamide, les copolymères de diméthylacrylamide et de phénylazophénylacrylate. Ainsi, les brosses de polymères constituant le revêtement réactif utilisable selon l'Invention se trouvent dans un état hydraté et gonflé en solution aqueuse lorsqu'elles ne sont pas activées par la lumière et deviennent hydrophobes et s'effondrent après une irradiation lumineuse.

Selon une deuxième forme de réalisation de l'Invention. le revêtement polymère est constitué de polymères sensibles à une activation externe de nature chimique telle qu'une variation de pH. Il est ainsi possible d'obtenir un revêtement polymère constitué de polymères neutres se présentant sous la forme d'une brosse de polymères gonflés et hydrophiles à pH acide (ou inversement à pH basique) alors que le revêtement s'effondre et devient hydrophobe à pH basique (ou inversement à pH acide). De tels revêtements peuvent être obtenus à partir de monomères hydrophiles de 2-hydroxyéthyl méthacrylate et de monomères possédant des groupements chimiques ionisables en solution aqueuse tels que des groupements acryliques.

Le revêtement polymère peut être synthétisé in situ ou ex situ selon les techniques de polymérisation et de greffage bien connues de l'homme du métier.

Le revêtement polymère réactif utilisable selon l'Invention peut par exemple être préparé in situ, par mise en contact de la surface à revêtir avec une solution renfermant les monomères correspondant aux polymères que l'on souhaite obtenir, puis par polymérisation in situ selon les techniques de polymérisation classiques utilisées couramment par l'homme du métier, ladite surface comportant naturellement, ou ayant été préalablement fonctionnalisée par, des groupements chimiques aptes à se lier de façon covalente à une extrémité des monomères. Le revêtement polymère peut également être préparé à partir de polymères déjà formés, c'est-à-dire préalablement synthétisés ex situ, auquel cas, la surface interne du capillaire est mise en contact avec une solution de polymères déjà formés afin de permettre leur greffage covalent sur la surface interne comportant naturellement ou, ayant été préalablement fonctionnalisée par, des groupements chimiques aptes à se lier avec une extrémité seulement des chaînes polymères.

Grâce à l'utilisation du revêtement polymère réactif qui vient d'être décrite ci-dessus, il est donc possible de faire varier, de façon réversible, la viscosité de la solution aqueuse d'électrolytes au sein d'une double couche électrique d'un dispositif micro- ou nanofluidique et ainsi de contrôler les flux électrocinétiques.

Ainsi, un deuxième objet de la présente Invention est une méthode pour faire varier de façon réversible et contrôler les flux électrocinétiques au sein d'un dispositif micro- ou nanofluidique comprenant au moins un canal ou au moins un capillaire apte à contenir une solution aqueuse d'électrolytes, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins les étapes suivantes: i) la formation d'un revêtement polymère réactif sur au moins une partie de la surface interne dudit canal ou dudit capillaire, ladite surface comportant des groupements chimiques chargés électriquement formant une double couche électrique à l'interface liquide- solide, ledit revêtement étant tel que défini précédemment, ii) l'activation et/ou l'inactivation dudit revêtement par application d'une stimulation externe de nature physique ou chimique.

Selon une première forme de réalisation, il s'agit d'une méthode pour augmenter les flux électrocinétiques et l'étape ii) est une étape d'activation. Dans ce cas, le revêtement polymère est de préférence constitué de polymères sensibles aux variations de température et l'activation est réalisée par chauffage de la solution aqueuse d'électrolytes à une température supérieure à la LCST des polymères constituant le revêtement. Selon une forme de réalisation tout particulièrement préférée de l'Invention, le revêtement réactif est constitué de polymères de PNIPAM et l'activation est réalisée par chauffage de la solution aqueuse d'électrolytes à une température légèrement supérieure à environ 32 C, de préférence à une température comprise entre 35 et 50 C environ.

Selon une deuxième forme de réalisation de la présente Invention, il s'agit d'une méthode pour diminuer les flux électrocinétiques et l'étape ii) est une étape d'inactivation. Dans ce cas, le revêtement polymère est de préférence constitué de polymères sensibles aux variations de température et l'inactivation est réalisée par refroidissement de la solution aqueuse d'électrolytes à une température inférieure à la LCST des polymères constituant le revêtement. Selon une forme de réalisation tout particulièrement préférée de l'Invention, le revêtement réactif est constitué de polymères de PNIPAM et l'inactivation est réalisée par refroidissement de la solution électrophorétique à une température légèrement inférieure à 32 C, de préférence à une température comprise entre 15 et 30 C environ.

Enfin, un dernier objet de l'Invention est un dispositif micro- ou nanofluidique caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un canal ou au moins un capillaire dont au moins une partie de la surface interne est chargée électriquement et recouverte d'un revêtement polymère réactif tel que décrit précédemment.

Un dispositif micro- ou nanofluidique particulièrement préféré selon l'Invention est un dispositif dans lequel le revêtement réactif est constitué de polymères sensibles à une stimulation externe de nature physique, et en particulier aux variations de température, tels que les polymères de type PNIPAM.

Ainsi, le dispositif micro- ou nanofluidique conforme à l'Invention est de préférence équipé de moyens permettant de faire varier de façon réversible et de contrôler, localement ou globalement, la température d'une solution aqueuse d'électrolytes présente à l'intérieur du canal ou du capillaire (moyens de chauffage et/ou de refroidissement).

De manière usuelle, le canal ou le capillaire du dispositif micro-ou nanofluidique conforme à l'Invention peut par exemple être connecté à au moins deux réservoirs qui contiennent une solution aqueuse d'électrolytes, lesdites solutions pouvant être identiques ou différentes d'un réservoir à l'autre, ainsi qu'à des électrodes permettant d'appliquer un potentiel électrique à travers le canal ou le capillaire. Egalement de manière usuelle, le canal ou le capillaire du dispositif conforme à l'Invention peut être connecté à une de ses extrémités à un réservoir renfermant une solution aqueuse d'électrolytes et à l'autre extrémité, à un spectromètre de masse. Enfin le canal ou capillaire peut faire partie d'un dispositif micro- ou nanofluidique comprenant une pluralité de réservoirs renfermant des solutions aqueuses d'électrolytes identiques ou différentes les unes des autres et une pluralité d'électrodes.

Outre les dispositions qui précèdent, l'Invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre, qui se réfère à des exemples de préparation de capillaires en verre de silice dont la surface interne comporte un revêtement polymère réactif selon l'Invention, ainsi qu'aux figures 1 et 2 annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente la vitesse du flux électroosmotique exprimée en cm2/V.s. en fonction de la température exprimée en C, dans un capillaire en verre de silice dont la surface interne comporte un revêtement polymère à base de PNIPAM; - la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif micro- ou nanofluidique conforme à l'Invention. Ce dispositif est constitué d'un four 1 muni d'une alimentation haute tension 2 reliée à deux électrodes de platines 4 chacune plongée dans un réservoir en plastique 6 rempli d'une solution tampon, lesdites électrodes de platine 4 étant reliées à l'alimentation 2 par l'intermédiaire de câbles haute tension 5; les deux réservoirs sont connectés entre eux par un capillaire en verre de silice 3 dont chacune des extrémités plonge dans une solution aqueuse d'électrolytes contenue dans les réservoirs 6. La surface interne du capillaire 3 est recouverte d'un revêtement polymère de type PNIPAM.

EXEMPLE 1: PREPARATION D'UN CAPILLAIRE EN VERRE DE SILICE COMPORTANT UNE SURFACE INTERNE RECOUVERTE D'UN 25 REVETEMENT POLYMERE DE TYPE PNIPAM Cet exemple, ainsi que la figure 1, sont relatifs à l'application d'un revêtement polymère de type PNIPAM sur la surface interne d'un capillaire d'électrophorèse en verre de silice (capillaire vendu par la société Polymicro Technology, L.LC.) d'un diamètre interne de 100 m et d'un diamètre externe de 365 m, ainsi qu'à son utilisation pour faire varier la viscosité d'une solution aqueuse d'électrolytes au sein de la double couche électrique par stimulation externe et ainsi contrôler le flux électroosmotique. 10

1) Préparation du capillaire: formation du revêtement polymère Le revêtement polymère a été synthétisé à partir de monomères de Nisopropylacrylamide (NIPAM) vendu sous la référence 415324 par la société Sigma-Aldrich. Le capillaire a été lavé par une solution de soude (0,2M) pendant 2 heures, puis d'acide chlorhydrique (0,2 M) pendant 2 heures également et enfin d'eau désionisée (vendue sous la dénomination commerciale MiliQ par la société Millipore) pendant 30 minutes.

Le capillaire a ensuite été séché en étuve à une température de 80 C pendant 2 heures, rincé à l'éthanol pendant 30 minutes puis au trichloroéthylène 10 pendant 30 minutes.

La surface interne du capillaire a ensuite été silanisée avec une solution à 10 % (poids/volume: p/v) de 3-(triméthoxysilyl)propyl méthacrylate (vendu sous la référence M6514 par la société Sigma-Aldrich) dans le trichloroéthylène, pendant 2 heures.

Après la silanisation, le capillaire a été lavé avec du trichloroéthylène (30 minutes), de l'éthanol (30 minutes) et de l'eau désionisée.

ml d'une solution de NIPAM à 10 % p/v (0,88 M) dans l'eau désionisée a ensuite été préparée et saturée à l'azote pendant 3 heures. La polymérisation radicalaire du NIPAM a été initiée par un couple red/ox constitué de métabisulfite de sodium (NaMBS) (vendu sous la référence S1516 par la société Sigma-Aldrich) et de persulfate d'ammonium (APS) (vendu sous la référence 431532 par la société Sigma-Aldrich). Pour ce faire, 1,11 mg de NaMBS dans 110 l d'eau désionisée (rapport de concentration [NIPAM]/[NaMBS] = 0,00065) et 2,21 mg d'APS dans 110 l d'eau désionisée (rapport de concentration [NIPAM]/[APS] = 0,001) ont été ajoutés à la solution de monomères. Le mélange a été soigneusement agité puis rapidement injecté dans le capillaire. La polymérisation a été effectuée pendant 3 heures à une température de 25 C. La viscosité de la solution a augmenté au cours de la réaction de polymérisation indiquant la formation de polymères en solution.

Le capillaire a ensuite été lavé à l'eau désionisée à l'issue de la réaction de polymérisation.

2) Mesure du flux électroosmotique Le flux électroosmotique dans le capillaire ainsi obtenu, c'est-à-dire dont la surface interne a été revêtue d'un revêtement polymère de type PNIPAM selon l'étape 1) cidessus, a été mesuré sur un appareil d'électrophorèse capillaire vendu sous la dénomination commerciale P/ACE MDQ par la société BeckmamCoulter. L'acétone a été utilisé à titre de marqueur neutre pour la mesure du flux électroosmotique; ce composé pouvant être détecté par absorbance UV à une longueur d'onde de 280 nm. La longueur totale du capillaire dans l'appareil P/ACE MDQ était de 33 cm et la distance entre le point d'injection et le point de détection de 20 cm. Le flux électroosmotique a été mesuré selon la méthode appelée "méthode des trois pics" (Williams, B.A., Vigh, G., Anal. Chem., 1996, 68, 1174-1180), pour les températures inférieures à 30 C. La méthode des 3 pics est habituellement utilisée pour mesurer les faibles flux électroosmotiques. Pour mesurer le flux électroosmotique à des températures supérieures à 30 C, une méthode à un seul pic a été utilisée, c'est-à-dire par la mesure du temps de migration du marqueur acétone entre le point d'injection et le point de détection pour une intensité électrique donnée.

La vitesse du flux électroosmotique IEO, exprimée en cm2/V.s, a été calculée en appliquant l'équation suivante: EO = x/t.E dans laquelle x est la distance entre le point d'injection et le point de détection (ici 20 cm) ; t est le temps de migration et E est l'intensité du champ électrique.

Les résultats obtenus sont représentés sur la figure 1 annexée sur laquelle la vitesse du flux électroosmotique exprimée en cm2/V.s est fonction de la 25 température exprimée en C.

Ces résultats montrent que le flux électroosmotique est relativement constant jusqu'à la température d'environ 30 C alors qu'au dessus de cette température, la mobilité électroosmotique augmente rapidement. Le rapport entre la mobilité électroosmotique à basse température (environ 20 C) et à haute température (environ 40 C) est de l'ordre de 3. Ces résultats démontrent que la présence du revêtement polymère sur la paroi interne du capillaire permet de faire varier la viscosité de la solution aqueuse d'électrolytes au sein de la double couche électrique en fonction de la température, afin de moduler le flux électroosmotique.

EXEMPLE 2: PREPARATION DE CAPILLAIRES EN VERRE DE SILICE COMPORTANT UNE SURFACE INTERNE RECOUVERTE D'UN 5 REVETEMENT POLYMERE Cet exemple est relatif au contrôle du flux électroosmotique dans un dispositif microfluidique conforme à l'Invention comportant un capillaire en verre de silice (capillaire vendu par la société Polymicro Technology, L.LC. ; diamètre interne: 76 m; diamètre externe de 365 m; longueur 6 cm) grâce à l'utilisation de revêtements polymères sur la surface interne du capillaire qui permettent de faire varier la viscosité de la solution au sein de la double couche électrique après activation externe.

1) Préparation du capillaire: formation du revêtement polymère Le revêtement polymère a été synthétisé à partir des mêmes monomères de Nisopropylacrylamide (NIPAM) que ceux utilisés ci-dessus à l'exemple 1. Dans cet exemple, et sauf indications contraires, les réactifs utilisés sont les mêmes que ceux utilisés ci-dessus à l'exemple 1.

Le capillaire a été lavé par une solution de soude (0,5 M) pendant 2 heures, puis d'acide chlorhydrique (0,5 M) pendant 2 heures également, d'eau 20 désionisée pendant 30 minutes et enfin d'éthanol pendant 30 minutes.

Le capillaire a ensuite été séché en étuve à une température de 80 C pendant 2 heures puis rincé à l'éthanol pendant 30 minutes.

La surface interne du capillaire a ensuite été silanisée pendant 2 heures avec une solution d'éthanol renfermant 10 % p/v (0,4 M) de 3(triméthoxysilyl)propyl méthacrylate et 10 % p/v (0,45 M) de 3aminopropyltriéthoxy silane (vendu sous la référence 09324 par la société Sigma-Aldrich).

Après la silanisation, le capillaire a été lavé avec de l'éthanol (30 minutes) et séché à l'étuve à une température de 110 C pendant 30 minutes.

ml d'une solution de NIPAM à 5 % p/v (0,44 M) dans l'eau désionisée a ensuite été préparée et saturée à l'azote pendant 3 heures.

La polymérisation radicalaire du NIPAM a été initiée par un mélange d'APS et de N,N,N',N'-tetraméthyléthylènediamine (TEMED). Pour ce faire, mg d'APS (5 mg/ml) et 5 l de TEMED (1 l/ml) ont été ajoutés à la solution de monomères. Les concentrations finales en APS et en TEMED au sein de la solution de monomères étaient respectivement de 22 mM et de 6,7 mM. Le mélange a été soigneusement agité puis rapidement injecté dans le capillaire. La polymérisation a été effectuée pendant 3 heures à une température de 25 C. La viscosité de la solution a augmenté au cours de la réaction de polymérisation indiquant la formation de polymères en solution.

Le capillaire a ensuite été lavé à l'eau désionisée à l'issue de la réaction de polymérisation.

2) Mesure du flux électroosmotique Le flux électroosmotique dans le capillaire ainsi obtenu, c'est-à-dire dont la surface interne a été revêtue d'un revêtement polymère de type PNIPAM selon l'étape 1) cidessus, a été mesuré sur un dispositif microfluidique tel que représenté de façon schématique sur la figure 2 annexée.

Sur cette figure, on peut voir que ce dispositif est constitué d'un four 1 vendu sous la dénomination commerciale Salvis-Lab VACUCENTER par la société Salvis (Suisse) muni d'une alimentation haute tension 2 vendue sous la référence HVS448 3000D par la société LabSmith reliée à deux électrodes de platines 4 vendues par la société GoodFellow (USA) chacune plongée dans un réservoir en plastique 6 de type Eppendorf d'une contenance de 1,5 ml et rempli d'une solution tampon. lesdites électrodes de platine étant reliées à l'alimentation 2 par l'intermédiaire de câbles hautes tension 5; les deux réservoirs sont connectés entre eux par un capillaire en verre de silice 3 ayant un diamètre interne de 76 m, un diamètre externe de 365 ni et une longueur de 5 cm (société Polymicro Technology L.L.C., USA) dont chacune des extrémités plonge dans la solution tampon contenue dans les réservoirs 6..

Le capillaire 3, les réservoirs de solution tampon 6 et les électrodes 4 ont été enfermés dans le four 1 afin de pouvoir travailler à des températures données (à 60 C et à 20 C). Le réservoir tampon d'entrée a été rempli avec un tampon acide citrique faiblement concentré (25 mM) dont le pH a été ajusté à 3 avec de la soude, alors que le réservoir tampon de sortie et le capillaire 3 ont été remplis avec un tampon acide citrique fortement concentré (50 mM) dont le pH a été ajusté à 3 avec de la soude. La paroi interne du capillaire 3 s'est retrouvée chargée positivement à ce pH compte tenu de la présence du 3-aminopropl-triéthoxy silane greffé à la surface. L'application d'un potentiel positif (200 V/ cm de capillaire) au réservoir tampon d'entrée a créé un flux électroosmotique, permettant au tampon faiblement concentré d'être pompé dans le capillaire 3. L'intensité du courant électrique a diminué régulièrement jusqu'à ce que le capillaire 3 soit totalement rempli avec le tampon faiblement concentré. Le temps nécessaire au remplacement, dans le capillaire 3, du tampon fortement concentré par le tampon faiblement concentré a été mesuré et la vitesse du flux électroosmotique en fonction de la température (à 60 C et à 20 C) a été calculée en utilisant l'équation (eq. 8) suivante: Eo = x / t.E (eq. 8) dans laquelle x est la longueur du capillaire en cm, t est le temps de remplacement de la solution d'acide citrique fortement concentré (50 mM) par la solution d'acide citrique faiblement concentré (25 mM) dans le capillaire et E est l'intensité du champs électrique.

A titre de contrôle, la même expérience a été réalisée à 60 C avec un capillaire ne comportant pas de revêtement polymère.

La vitesse du flux électroosmotique mesurée à 60 C était de 0.78 0,04. 10-5 cm2Vs, alors qu'elle était de 0,14 + 0,02.10-5 cm2Vs à 20 C. Ces résultats montrent que la mobilité du flux électroosmotique a été augmentée d'un facteur 5,6 environ lorsque la température du tampon devient supérieure à la LCST des polymères constituant le revêtement de la paroi interne du capillaire. La mesure effectuée sur le capillaire contrôle (sans revêtement PNIPAM) à 60 C donne une mobilité du flux électroosmotique égale à 2,18 0,04.10-5 cm2Vs. Par conséquent, la mobilité du flux électroosmotique dans le capillaire contrôle (sans revêtement PNIPAM) était environ 2,8 fois plus élevée que celle mesurée à 60 C dans le capillaire comportant le revêtement polymère PNIPAM. Sans vouloir être lié à une quelconque théorie, ce résultat est peut être dû à un blindage des charges de surface par les chaînes de PNIPAM effondrées.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Utilisation d'un revêtement polymère réactif, greffé sur au moins une partie de la surface interne d'un canal ou d'un capillaire d'un dispositif micro- ou nanofluidique contenant au moins une solution aqueuse d'électrolytes, ladite surface comportant des groupements chimiques chargés électriquement formant une double couche électrique à l'interface liquide-solide, ledit revêtement ayant les caractéristiques suivantes: a) il est constitué d'une couche de polymères flexibles aptes à subir 10 une séparation de phase (transition pelote-globule) en solution aqueuse sous l'influence d'une stimulation externe de nature physique ou chimique, b) les polymères sont greffés de façon covalente sur ladite surface par l'une seulement de leurs extrémités, pour moduler, de façon réversible, et contrôler les flux 15 électrocinétiques au sein dudit dispositif sous l'influence d'une activation externe de nature chimique ou physique.

2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'épaisseur de la double couche électrique présente à l'interface du dispositif d'électrophorèse est comprise entre 0,1 nm et 1 m.

3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la surface interne est choisie parmi le verre, le quartz, la silice et les matériaux polymères.

4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le canal et le capillaire ont des dimensions telles que leur plus petite largeur ou leur diamètre sont supérieurs à l'épaisseur de la double couche électrique.

5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les groupements chimiques sont choisis parmi les groupements silanol lorsque la surface interne est un oxyde de silice hydraté, du quartz ou du verre; les amines primaires, secondaires ou tertiaires, les groupements sulfate, sulfonate, phosphonate et carboxylique.

6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les polymères sont greffés de façon covalente sur la surface interne dudit canal ou dudit capillaire par l'intermédiaire de groupements chimiques choisis parmi les groupements silanol, vinyle, carboxyle, amino, époxy, oxyamine, thiol et halogénure.

7. Utilisation selon les revendications 5 et 6, caractérisée par le fait que la surface interne du canal ou du capillaire est modifiée par au moins deux types de groupements chimiques de nature différente.

8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les polymères sont inactivés et que l'épaisseur du revêtement polymère réactif est supérieure à celle de la double couche électrique.

9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée par le fait que lorsqu'un champ électrique est appliqué au dispositif, le flux électrocinétique de la solution aqueuse d'électrolytes tend vers zéro.

10. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que les polymères sont activés et que l'épaisseur du revêtement polymère est inférieure à celle de la double couche électrique.

11. Utilisation selon la revendication 10, caractérisée par le fait que lorsqu'un champ électrique est appliqué au dispositif, le flux électrocinétique de la 20 solution aqueuse d'électrolytes est différent de zéro et proportionnel au potentiel de surface.

12. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la densité de greffage des polymères est telle que les polymères se présentent sous la forme d'un revêtement discontinu et hétérogène lorsque les polymères sont à l'état effondré et forment des trous permettant aux charges de surface d'être exposées à la solution aqueuse d'électrolytes.

13. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le revêtement polymère est constitué de polymères sensibles aux variations de température et choisis parmi le poly(N-isopropyl acrylamide), le poly(N,N'-méthylpropylacrylamide), le poly(N-propylacrylamide), le poly(N,N'-méthyléthylacrylamide), le poly(Npropylméthacrylamide), le poly(N,N'-isopropylméthacrylamide) ; les copolymères résultant de la copolymérisation de monomères choisis parmi le N-isopropyl acrylamide, le N,N'-méthylpropylacrylamide, le Npropylacrylamide, le N,N'-méthyléthylacrylamide, le Npropylméthacrylamide et le N,N'-isopropylméthacrylamide; les copolymères résultant de la copolymérisation d'un monomères choisi parmi le Nisopropyl acrylamide, le N,N'-méthylpropylacrylamide, le Npropylacrylamide, le N,N'-méthyléthylacrylamide, le Npropylméthacrylamide et le N,N'-isopropylméthacrylamide et d'un monomère non sensible aux variations externes de nature chimique ou physique choisi parmi l'acrylamide, le N,N-diméthylacrylamide, l'acide acrylique et les monomères de type acrylamides; et les copolymères blocs d'oxyde de polyéthylène, d'oxyde de polypropylène et de méthylcellulose.

14. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que le revêtement polymère est constitué de polymères sensibles à une irradiation lumineuse, comprenant un motif azobenzène, et choisis parmi les copolymères de N-isopropylacrylamide et de N-(4-(phénylazo)-phényl)-acrylamide et les copolymères de diméthylacrylamide et de phénylazophénylacrylate.

15. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que le revêtement polymère est constitué de polymères sensibles à une variation de pH et choisis parmi les polymères obtenus à partir de monomères hydrophiles de 2-hydroxyéthyl méthacrylate et de monomères acryliques.

16. Méthode pour faire varier de façon réversible et contrôler les flux électrocinétiques au sein d'un dispositif micro- ou nanofluidique comprenant au moins un canal ou au moins un capillaire apte à contenir une solution aqueuse d'électrolytes, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins les étapes suivantes: i) la formation d'un revêtement polymère réactif sur au moins une partie de la surface interne dudit canal ou dudit capillaire, ladite surface comportant des groupements chimiques chargés électriquement formant une double couche électrique à l'interface liquide-solide, ledit revêtement étant tel que défini à l'une

quelconque des revendications 1 à 15;

ii) l'activation et/ou l'inactivation dudit revêtement par application d'une stimulation externe de nature physique ou chimique.

17. Méthode selon la revendication 16, caractérisée par le fait qu'il s'agit d'une méthode pour augmenter les flux électrocinétiques et que l'étape ii) est une étape d'activation.

18. Méthode selon la revendication 17, caractérisée par le fait que le 5 revêtement est constitué de polymères sensibles aux variations de température et que l'activation est réalisée par chauffage de la solution aqueuse d'électrolytes à une température supérieure à la LCST des polymères constituant le revêtement.

19. Méthode selon la revendication 16, caractérisée par le fait qu'il s'agit d'une méthode pour diminuer les flux électrocinétiques et que l'étape ii) est une 10 étape d'inactivation.

20. Méthode selon la revendication 19, caractérisée par le fait que le revêtement est constitué de polymères sensibles aux variations de température et l'inactivation est réalisée par refroidissement de la solution aqueuse d'électrolytes à une température inférieure à la LCST des polymères constituant le revêtement.

21. Dispositif micro- ou nanofluidique, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un canal ou au moins un capillaire dont au moins une partie de la surface interne est chargée électriquement et recouverte d'un revêtement polymère réactif tel que défini à l'une quelconque des revendications I à 15.

22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le revêtement polymère réactif est constitué de polymères sensibles aux variations de température et qu'il est équipé de moyens permettant de faire varier de façon réversible et de contrôler, localement ou globalement, la température d'une solution aqueuse d'électrolytes présente à l'intérieur dudit canal ou dudit capillaire.