FR2889514A1 - Transmission of pressure to micro-membrane e.g. for electronic Braille book uses electrical activation of liquid droplet to modify contact with hydrophobic surface - Google Patents

Transmission of pressure to micro-membrane e.g. for electronic Braille book uses electrical activation of liquid droplet to modify contact with hydrophobic surface Download PDF

Info

Publication number
FR2889514A1
FR2889514A1 FR0552462A FR0552462A FR2889514A1 FR 2889514 A1 FR2889514 A1 FR 2889514A1 FR 0552462 A FR0552462 A FR 0552462A FR 0552462 A FR0552462 A FR 0552462A FR 2889514 A1 FR2889514 A1 FR 2889514A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
drop
pressure
membrane
support substrate
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR0552462A
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean Berthier
Olivier Raccurt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to FR0552462A priority Critical patent/FR2889514A1/en
Publication of FR2889514A1 publication Critical patent/FR2889514A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30Micromixers
    • B01F33/302Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets
    • B01F33/3021Micromixers the materials to be mixed flowing in the form of droplets the components to be mixed being combined in a single independent droplet, e.g. these droplets being divided by a non-miscible fluid or consisting of independent droplets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30Micromixers
    • B01F33/3031Micromixers using electro-hydrodynamic [EHD] or electro-kinetic [EKI] phenomena to mix or move the fluids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B21/00Teaching, or communicating with, the blind, deaf or mute
    • G09B21/001Teaching or communicating with blind persons
    • G09B21/003Teaching or communicating with blind persons using tactile presentation of the information, e.g. Braille displays
    • G09B21/004Details of particular tactile cells, e.g. electro-mechanical or mechanical layout
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05Microfluidics
    • B81B2201/051Micromixers, microreactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05Microfluidics
    • B81B2201/058Microfluidics not provided for in B81B2201/051 - B81B2201/054

Abstract

A device for transmitting pressure to a micro-membrane (22), comprising a liquid droplet (30) on an electrically insulating and hydrophobic surface of a supporting substrate (10), comprises a plate (20) with an aperture (21) covered by the micro-membrane to hold the micro-membrane in contact with the droplet, and an electrical activator in the form of a disc electrode (12) and a wire (17) to modify the line of contact between the droplet and the hydrophobic surface. The droplet is positioned by a star-shaped electrode (14) within the supporting substrate and located concentrically with the wire that delivers a centering electrical potential.

Description

2889514 12889514 1

DISPOSITIF ET PROCEDE DE TRANSMISSION D'UNE PRESSION UTILISANT L'EFFET D' ELECTROMOUILLAGE  DEVICE AND METHOD FOR TRANSMITTING PRESSURE USING THE ELECTROWET EFFECT

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUEDESCRIPTION TECHNICAL FIELD

L'invention se rapporte à un dispositif et à un procédé de transmission d'une pression utilisant l'effet d'électromouillage.  The invention relates to a device and a method for transmitting pressure using the electrowetting effect.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L'effet d'électromouillage sur diélectrique ou EWOD (pour ElectroWetting On Dielectric ) procure des solutions très prometteuses dans le domaine de la micro-fluidique. Cet effet, permet de déplacer des micro-gouttes selon des trajets bien contrôlés, de les faire fusionner ou de les diviser par mise en oeuvre de champs électriques adaptés. A propos de cette technique, on peut se référer aux documents suivants: - Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidic applications de M. G. POLLACK et al., Applied Physics Letters, vol. 77, n 11, septembre 2000, p. 1725 et 1726; Low voltage electrowetting-ondielectric de H. MOON et al., Journal of Applied Physics, vol. 92, n 7, octobre 2002, p. 4080 à 4087; Creating, transporting, and merging liquid droplets by electrowetting-based actuation for digital microfluids circuits de S. K. CHO et al., Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 12, n 1, février 2003, p. 70 à 80; 2889514 2 - Moving droplets with microcatenaries de Y. FOUILLET et al., Proceedings of the 7th International Conference on Miniaturized Chemical and Biochemical Analysis Systems (}TAS), 5-9 octobre 2003, Squaw Valley, CA, USA; - Electrode shapes for electrowetting arrays de J. LIENEMANN et al., Technical Proceedings of the 2003 Nanotechnology Conference and Trade Show, Nanotech 2003, vol. 1, 2003.  STATE OF THE PRIOR ART The effect of electrowetting on dielectric or EWOD (for ElectroWetting On Dielectric) provides very promising solutions in the field of micro-fluidics. This effect makes it possible to move micro-drops along well-controlled paths, to merge them or to divide them by using suitable electric fields. With respect to this technique, reference can be made to the following documents: - Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidic applications of G. POLLACK et al., Applied Physics Letters, vol. 77, No. 11, September 2000, p. 1725 and 1726; Low voltage electrowetting-ondielectric H. MOON et al., Journal of Applied Physics, vol. 92, No. 7, October 2002, p. 4080 to 4087; Creating, transporting, and merging liquid droplets by electrowetting-based actuation for digital microfluids circuits of S. K. CHO et al., Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 12, No. 1, February 2003, p. 70 to 80; 2889514 2 - Moving droplets with microcatenaries of Y. FOUILLET et al., Proceedings of the 7th International Conference on Miniaturized Chemical and Biochemical Analysis Systems (TAS), 5-9 October 2003, Squaw Valley, CA, USA; - Electrode shapes for electrowetting arrays by J. LIENEMANN et al., Proceedings of the 2003 Nanotechnology Conference and Trade Show, Nanotech 2003, vol. 1, 2003.

L'activation ou la désactivation électrique d'une micro-goutte présente également un autre effet. Cet effet est la variation de pression de la micro- goutte résultant d'une activation ou d'une désactivation de celleci. On peut montrer qu'une goutte placée entre deux plaques parallèles exerce une pression différente sur les parois des plaques suivant qu'il y ait activation électrique ou non de la goutte.  Electric activation or deactivation of a micro-drop also has another effect. This effect is the change in pressure of the micro-drop resulting from its activation or deactivation. It can be shown that a drop placed between two parallel plates exerts a different pressure on the walls of the plates according to whether there is electrical activation or not of the drop.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Les inventeurs de la présente invention ont pensé à utiliser cet effet pour réaliser des dispositifs de transmission d'une pression par l'intermédiaire de micro-membranes. Cet effet de variation de pression peut donner naissance à plusieurs applications, entre autres: le livre électronique en caractères Braille, - l'agitation de fluide, - la mesure de la pression d'un fluide.  PRESENTATION OF THE INVENTION The inventors of the present invention have thought to use this effect to produce devices for transmitting pressure via micromembranes. This pressure variation effect can give rise to several applications, among others: the electronic book in Braille characters, - fluid agitation, - the measurement of the pressure of a fluid.

L'invention a donc pour objet un dispositif de transmission d'une pression par l'intermédiaire d'au moins une micro-membrane, comprenant une goutte d'un 2889514 3 liquide positionnée sur une surface électriquement isolante et hydrophobe d'un substrat support, des moyens permettant de maintenir la micro-membrane en contact avec une partie de la surface de la goutte, et des moyens d'activation électrique de la goutte aptes à modifier la ligne de contact entre la goutte et la surface hydrophobe.  The subject of the invention is therefore a device for transmitting a pressure via at least one micro-membrane, comprising a drop of a liquid 28895143 positioned on an electrically insulating and hydrophobic surface of a support substrate. means for maintaining the micromembrane in contact with a part of the surface of the drop, and electrical activation means of the drop capable of modifying the line of contact between the droplet and the hydrophobic surface.

Avantageusement, les moyens permettant de maintenir la micro-membrane comprennent une lame disposée en regard du substrat support, la micromembrane obturant une ouverture de la lame.  Advantageously, the means for holding the micro-membrane comprise a blade disposed opposite the support substrate, the micromembrane closing an opening of the blade.

Avantageusement aussi, les moyens d'activation électrique de la goutte sont compris dans le substrat support. Ils peuvent comprendre une première électrode constituée par un fil disposé transversalement par rapport au substrat support, et une deuxième électrode constituée par un disque percé en son centre et disposé concentriquement audit fil.  Advantageously also, the electrical activation means of the drop are included in the support substrate. They may comprise a first electrode constituted by a wire disposed transversely to the support substrate, and a second electrode constituted by a disk pierced at its center and concentrically disposed in said wire.

La goutte de liquide peut être positionnée au moyen d'au moins une électrode de centrage permettant d'appliquer un potentiel électrique de centrage de la goutte. L'électrode de centrage peut notamment avoir une forme en étoile. Elle peut être comprise dans le substrat support et être disposée concentriquement audit fil.  The drop of liquid can be positioned by means of at least one centering electrode for applying an electric centering potential of the drop. The centering electrode may especially have a star shape. It may be included in the support substrate and be arranged concentrically to said wire.

L'invention a aussi pour objet un système constitué d'une association de plusieurs dispositifs tels que décrits ci-dessus, les dispositifs étant réalisés à partir d'un substrat support commun et d'une lame commune.  The invention also relates to a system consisting of an association of several devices as described above, the devices being made from a common support substrate and a common blade.

2889514 4 Les micro-membranes peuvent être disposées selon un arrangement régulier, par exemple selon une matrice. Cette matrice peut être une matrice de points reproduisant les caractères Braille selon que les gouttes correspondantes sont ou non activées.  The micromembranes may be arranged in a regular arrangement, for example in a matrix. This matrix can be a matrix of points reproducing Braille characters according to whether the corresponding drops are activated or not.

L'invention a aussi pour objet un agitateur de fluide comprenant au moins un dispositif de transmission d'une pression ou au moins un système tel que décrit ci-dessus, un générateur de tension fournissant des impulsions de tension aux dispositifs de transmission d'une pression.  The subject of the invention is also a fluid stirrer comprising at least one device for transmitting a pressure or at least one system as described above, a voltage generator supplying voltage pulses to the transmission devices of a transmission device. pressure.

L'invention a aussi pour objet un détecteur permettant de mesurer une pression de fluide comprenant un dispositif de transmission d'une pression tel que décrit ci-dessus, la goutte étant disposée entre deux électrodes de mesure formant plaques de condensateur, la face de la lame opposée au substrat support étant en contact avec le fluide dont on veut mesurer la pression, d'où il résulte que la goutte se déforme en fonction de la pression de fluide, ce qui modifie la capacité du condensateur, la mesure de la valeur du condensateur permettant de déterminer la pression de fluide correspondante.  The invention also relates to a detector for measuring a fluid pressure comprising a device for transmitting a pressure as described above, the drop being disposed between two measuring electrodes forming capacitor plates, the face of the blade opposite the support substrate being in contact with the fluid whose pressure is to be measured, whereby the drop deforms as a function of the fluid pressure, which modifies the capacity of the capacitor, the measurement of the value of the capacitor for determining the corresponding fluid pressure.

L'invention a aussi pour objet un procédé de transmission d'une pression par l'intermédiaire d'au moins une micro-membrane, comprenant les étapes suivantes.  The invention also relates to a method for transmitting a pressure via at least one micro-membrane, comprising the following steps.

mise en contact d'au moins une partie de la micro-membrane avec une goutte d'un liquide 30 positionnée sur une surface hydrophobe, 2889514 5 application de moyens d'activation électrique à la goutte aptes à modifier la ligne de contact entre la goutte et la surface hydrophobe.  contacting at least a portion of the micro-membrane with a drop of a liquid 30 positioned on a hydrophobic surface, 2889514 5 application of electrical activation means to the drop able to modify the line of contact between the droplet and the hydrophobic surface.

Les moyens d'activation électrique peuvent être des moyens provoquant une surpression gonflant la membrane durant leur application.  The electrical activation means may be means causing an overpressure swelling the membrane during their application.

Les moyens d'activation électrique peuvent aussi être des moyens provoquant la vibration de la membrane.  The electrical activation means can also be means causing the vibration of the membrane.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une schéma d'une goutte de liquide confinée entre deux plaques; - les figures 2A à 2C montrent trois exemples de caractères Braille; - les figures 3A à 3B sont des vues en coupe transversale illustrant le fonctionnement d'un dispositif de transmission de pression selon la présente invention; - les figures 4 à 6 montrent plusieurs exemples possibles pour l'électrode de centrage; - la figure 7 représente une puce comprenant 20 plots à membrane activables par électromouillage; la figure 8 illustre un agitateur de 30 fluide selon la présente invention; 2889514 6 - la figure 9 illustre un détecteur permettant de mesurer une pression de fluide selon la présente invention.  The invention will be better understood and other advantages and features will become apparent on reading the following description, given by way of non-limiting example, accompanied by the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagram of a drop liquid confined between two plates; FIGS. 2A to 2C show three examples of Braille characters; FIGS. 3A to 3B are cross-sectional views illustrating the operation of a pressure transmission device according to the present invention; FIGS. 4 to 6 show several possible examples for the centering electrode; FIG. 7 represents a chip comprising 20 membrane pads that can be activated by electrowetting; Figure 8 illustrates a fluid shaker according to the present invention; FIG. 9 illustrates a detector for measuring a fluid pressure according to the present invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 est un schéma d'une goutte 1 de liquide confinée entre deux plaques 2 et 3. La plaque 2 comporte une électrode d'activation de la goutte. Pour calculer la pression exercée par la goutte sur l'une des plaques, on peut se référer au document An analytical model for the prediction of microdrop extraction and splitting in digital microfluidics systems de J. BERTHIER et al., Proceedings of the Nanotech 2005 Conference, Anaheim, CA, USA, 8-12 mai 2005.  DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram of a droplet 1 of liquid confined between two plates 2 and 3. The plate 2 comprises an electrode for activating the droplet. To calculate the pressure exerted by the droplet on one of the plates, reference can be made to J. BERTHIER et al., Proceedings of the Nanotech 2005 Conference, An analytical model for the prediction of microdrop extraction and splitting in digital microfluidics systems. , Anaheim, CA, USA, May 8-12, 2005.

La pression exercée sur l'une des plaques est donnée par la loi de Laplace: 1 1 + Ri R2 i où y est la tension de surface du liquide et R1 et R2 sont les rayons de courbure. Le rayon de courbure dans le plan horizontal R1 est fonction du volume V de la goutte: Rl P=Y (1) (2) r1 2889514 7 où 8 est la distance entre les plaques. Le rayon de courbure dans le plan vertical R2 est donné par: R2 (-cosO1 -cos02) où 01 et 02 sont les angles de contact avec les plaques. La pression dans la goutte est alors: z-ô' 2± cos 81 - cos 82 V i s Lorsque l'électrode de la plaque 2 est mise sous tension, l'angle de contact 01 change et devient 0. Il en résulte une différence de pression approximativement donnée par: cos 8-cos81 IAPl En prenant 0 = 80 et 01 = 120 , 8 = 50}gym 20 et y = 70 mN/m, on trouve une différence de pression P = 943 Pa.  The pressure exerted on one of the plates is given by the law of Laplace: 1 1 + Ri R2 i where y is the surface tension of the liquid and R1 and R2 are the radii of curvature. The radius of curvature in the horizontal plane R1 is a function of the volume V of the drop: R1 P = Y (1) (2) where 8 is the distance between the plates. The radius of curvature in the vertical plane R2 is given by: R2 (-cosO1 -cos02) where 01 and 02 are the angles of contact with the plates. The pressure in the drop is then: When the electrode of the plate 2 is energized, the contact angle θ changes to 0. This results in a difference As a result of taking 0 = 80 and 01 = 120, 8 = 50 ° G and 20 = 70 mN / m, a pressure difference of P = 943 Pa is found.

Le coefficient de rigidité d'une membrane est (voir Theory of Plates and Shells de S. P. TIMOSHENKO et al., McGraw-Hill Book Co., 1959, p. 51) . D= 12(1- v2) (3) P=y (4) (5) E.h3 (6) où h est l'épaisseur de la membrane, E le module d'Young et v le coefficient de Poisson. La déflection maximale est alors (en supposant un régime linéaire) . Pa4 Wmax 64D où P est la pression appliquée et a le diamètre de la membrane. Après substitution de (5) et 10 (6) dans (7), on obtient: cosO cosO1 4 y a 16 E.h3 3 (1- En introduisant les valeurs numériques caractéristiques d'une membrane en polydiméthylsiloxane (PDMS) : E = 8,5 105 (Pa), v = 0, 5, h = 50}gym, a = 1 mm, on obtient une déformation de 1 mm environ.  The stiffness coefficient of a membrane is (see Theory of Plates and Shells of S. P. TIMOSHENKO et al., McGraw-Hill Book Co., 1959, 51). D = 12 (1- v2) (3) P = y (4) (5) E.h3 (6) where h is the thickness of the membrane, E is the Young's modulus and v is the Poisson's ratio. The maximum deflection is then (assuming a linear regime). Pa4 Wmax 64D where P is the applied pressure and has the diameter of the membrane. After substitution of (5) and 10 (6) in (7), we obtain: cosO cosO1 4 is 16 E.h3 3 (1- By introducing the characteristic numerical values of a polydimethylsiloxane (PDMS) membrane: E = 8.5 105 (Pa), v = 0.5, h = 50), a = 1 mm, a deformation of about 1 mm is obtained.

L'approche qui vient d'être faite est plus une estimation qu'une approche rigoureuse. Deux critiques peuvent être formulées: - la relation (7) suppose un régime linéaire de petites déformations qui n'est pas vérifiée par l'équation (8). Il faudrait donc faire un calcul non linéaire qui fait appel à des méthodes numériques; - une approche rigoureuse nécessite le couplage entre la pression dans la goutte et la déformation de la surface. Il faudrait tenir compte de (7) Wmax (8) 2889514 9 l'effet de la déformation de la membrane sur les rayons de courbure.  The approach that has just been made is more an estimate than a rigorous one. Two criticisms can be formulated: - the relation (7) supposes a linear regime of small deformations which is not verified by the equation (8). Therefore, a nonlinear calculation should be done using numerical methods; - a rigorous approach requires the coupling between the pressure in the drop and the deformation of the surface. The effect of the deformation of the membrane on the radii of curvature should be taken into account (7) Wmax (8) 28895149.

Cependant, si on se reporte aux études déjà faites sur des membranes en PDMS (voir Development of magnetic micro-membranes for the actuation of fluids in biological and chemical microsystems de J. BERTHIER et F. RICOUL, Applied Nanoscience, vol. 1, 2004), on peut estimer la déformation à environ 500 à 700}gym pour un diamètre de 3 à 4 mm et une épaisseur de membrane de 50 à 100}gym.  However, if we refer to the studies already done on PDMS membranes (see Development of magnetic micro-membranes for the actuation of fluids in biological and chemical microsystems of J. BERTHIER and F. RICOUL, Applied Nanoscience, vol 1, 2004 ), the deformation can be estimated at about 500 to 700 μm for a diameter of 3 to 4 mm and a membrane thickness of 50 to 100 μm.

L'effet d'augmentation de pression peut être mis à profit pour réaliser un livre électronique en caractères Braille. Le problème est celui de la lecture électronique pour des non-voyants. Le but est de permettre une lecture beaucoup plus rapide que la lecture manuelle habituelle. Les caractères Braille se prêtent très bien à l'affichage électronique.  The pressure increase effect can be used to create an electronic book in Braille characters. The problem is that of electronic reading for blind people. The goal is to allow reading much faster than the usual manual reading. Braille characters are very suitable for electronic display.

Les figures 2A à 2C montrent trois exemples de caractères Braille.  Figures 2A to 2C show three examples of Braille characters.

Chaque caractère est représenté par la combinaison de 1 à 6 points en relief, disposés sur une matrice de deux points de largeur sur trois points de hauteur. La figure 2A représente un é . La figure 2B représente un v . La figure 3C représente un z .  Each character is represented by the combination of 1 to 6 points in relief, arranged on a matrix of two points of width on three points of height. Figure 2A shows an e. Figure 2B shows a v. Figure 3C shows a z.

Six points sont donc suffisants pour définir tout l'alphabet.  Six points are enough to define the entire alphabet.

Les figures 3A et 3B sont des vues en coupe transversale illustrant le fonctionnement d'un dispositif de transmission de pression selon l'invention.  Figures 3A and 3B are cross-sectional views illustrating the operation of a pressure transmission device according to the invention.

2889514 10 Le dispositif comporte un substrat support 10 constitué par une structure empilée comprenant successivement une lame de verre 11, une électrode 12, une couche isolante 13 en nitrure de silicium, une autre électrode 14, une autre couche isolante 15 en nitrure de silicium et une couche hydrophobe 16, par exemple en Téflon . Le substrat support 10 est percé d'un trou 18 permettant le passage d'un fil conducteur 17 selon l'axe du trou 18. Les électrodes 12 et 14, percées en leur centre, sont centrées sur le fil conducteur 17. Une lame solide 20, par exemple à base de verre ou de silicium, est disposée parallèlement au substrat support 10. Elle comporte une ouverture 21 dans laquelle est fixée une membrane 22, par exemple en polydiméthylsiloxane (PDMS), en forme de disque centré sur l'axe du trou 18.  The device comprises a support substrate 10 constituted by a stacked structure successively comprising a glass plate 11, an electrode 12, an insulating layer 13 of silicon nitride, another electrode 14, another insulating layer 15 made of silicon nitride and a hydrophobic layer 16, for example Teflon. The support substrate 10 is pierced with a hole 18 allowing the passage of a conductive wire 17 along the axis of the hole 18. The electrodes 12 and 14, pierced at their center, are centered on the conductive wire 17. A solid blade 20, for example based on glass or silicon, is arranged parallel to the support substrate 10. It comprises an opening 21 in which is fixed a membrane 22, for example polydimethylsiloxane (PDMS), disk-shaped centered on the axis of the hole 18.

La distance séparant la lame 20 du substrat support 10 est par exemple de 100 pm. Une goutte 30 d'un liquide électriquement conducteur, par exemple de l'eau, est disposée entre la lame 20 et le substrat support 10 et est centrée sur l'axe du trou 18.  The distance separating the blade 20 from the support substrate 10 is, for example, 100 μm. A drop of an electrically conductive liquid, for example water, is disposed between the blade 20 and the support substrate 10 and is centered on the axis of the hole 18.

Le trou 18 est obturé par un matériau isolant 19.  The hole 18 is closed by an insulating material 19.

L'électrode 12 dite électrode principale a la forme d'un disque. Elle permet, en coopération avec le fil conducteur 17, d'appliquer un champ électrique à la goutte 30 par leur connexion à un générateur de tension.  The electrode 12 called the main electrode has the shape of a disc. It allows, in cooperation with the lead 17, to apply an electric field to the drop 30 by their connection to a voltage generator.

L'électrode 14 permet le centrage de la goutte 30 sous la membrane 22. Ce centrage est obtenu par application d'une tension électrique entre 2889514 11 l'électrode 14 et le fil conducteur 17. L'électrode 14 a une forme en étoile.  The electrode 14 allows the centering of the drop 30 under the membrane 22. This centering is obtained by applying an electrical voltage between the electrode 14 and the lead wire 17. The electrode 14 has a star shape.

Les figures 4 à 6 montrent plusieurs formes possibles pour l'électrode de centrage 14. Sur ces figures, qui sont des vues de dessus, on a représenté l'électrode 12, le trou 18 et l'électrode de centrage 14. La couche isolante qui sépare les électrodes 12 et 14 n'a pas été représentée.  FIGS. 4 to 6 show several possible forms for the centering electrode 14. In these figures, which are views from above, there is shown the electrode 12, the hole 18 and the centering electrode 14. The insulating layer which separates the electrodes 12 and 14 has not been shown.

La figure 3A montre l'état du dispositif lorsque l'électrode principale 12 est activée et/ou qu'une tension d'activation non nulle est appliquée entre l'électrode 12 et le fil 17. La figure 3B montre l'état du dispositif lorsque l'électrode principale n'est pas activée ou/et lorsque la tension d'activation entre l'électrode 12 et le fil 17 est nulle. Le passage d'un état activé à un état non activé de l'électrode 12 provoque une contraction de la goutte. Cette contraction génère une surpression dans la goutte, ce qui entraîne une déformation de la membrane 22 sous forme d'un gonflement.  FIG. 3A shows the state of the device when the main electrode 12 is activated and / or a non-zero activation voltage is applied between the electrode 12 and the wire 17. FIG. 3B shows the state of the device when the main electrode is not activated and / or when the activation voltage between the electrode 12 and the wire 17 is zero. The transition from an activated state to a non-activated state of the electrode 12 causes a contraction of the droplet. This contraction generates an overpressure in the drop, which causes deformation of the membrane 22 in the form of swelling.

Ce dispositif de transmission de pression permet la réalisation d'un livre électronique en caractères Braille en associant plusieurs dispositifs sur une même puce, disposés selon une matrice de points. La matrice de points reproduit les caractères Braille selon que les gouttes correspondantes sont ou non mises en surpression.  This pressure transmission device allows the production of an electronic book Braille characters by combining several devices on the same chip, arranged according to a matrix of points. The dot matrix reproduces the Braille characters according to whether or not the corresponding drops are overpressurized.

La figure 7 représente une puce comprenant plots à membrane activables par électromouillage. La puce est constituée d'un substrat support 41 du type représenté sur les figures 3A et 3B, d'une lame 42 2889514 12 située en vis-à-vis du substrat support 41 et parallèlement au substrat support, et d'une entretoise périphérique 43. La lame 42 comprend vingt ouvertures pourvues chacune d'une membrane déformable. Sous chaque membrane est disposée et centrée une goutte de la manière indiquée sur les figures 3A et 3B. Dans l'exemple montré sur la figure 7, sept plots, correspondant aux membranes 44, sont activés. Les treize autres plots, correspondant aux membranes 45, ne sont pas activés.  FIG. 7 shows a chip comprising electrically actuatable membrane pads. The chip consists of a support substrate 41 of the type shown in FIGS. 3A and 3B, a blade 42 facing the support substrate 41 and parallel to the support substrate, and a peripheral spacer 43. The blade 42 comprises twenty openings each provided with a deformable membrane. Under each membrane is disposed and centered a drop as shown in Figures 3A and 3B. In the example shown in FIG. 7, seven pads, corresponding to the membranes 44, are activated. The other thirteen pads, corresponding to the membranes 45, are not activated.

La puce ainsi créée peut être de la dimension du bout d'un doigt. L'activation ou la désactivation de l'électrode principale produit quasi instantanément une déformation de la membrane ou son retour à l'état de repos. Suivant les informations provenant d'un système d'enregistrement (micro-mémoire), on peut obtenir sur la puce le défilement de caractères sans avoir à modifier l'emplacement du doigt.  The chip thus created may be the size of the tip of a finger. Activation or deactivation of the main electrode produces almost instantaneously a deformation of the membrane or its return to the state of rest. According to the information from a recording system (micro-memory), scrolling characters can be obtained on the chip without having to modify the location of the finger.

Une autre application de la présente invention est la réalisation d'un agitateur de fluide sous l'effet de l'agitation d'une membrane. Un tel agitateur de fluide est représenté, dans son principe, à la figure 8. Sur cette figure, un substrat support isolant 51, présentant une surface hydrophobe 52, comprend une électrode enterrée 53. Une lame 54 est disposée en vis-à-vis du substrat support 51. Elle comporte une ouverture 55 recouverte d'une membrane 56. Une goutte de liquide est disposée entre le substrat support 51 et la lame 54, entre la membrane 56 et la partie de la surface du substrat support 51 située 2889514 13 juste au-dessus de l'électrode 53. Le volume de la goutte 57 est avantageusement suffisant pour obtenir un gonflement de la membrane 56 lorsque l'agitateur est au repos. Ainsi, la goutte 57 se trouve centrée par rapport à l'électrode 53 de forme circulaire. La lame 54 est pourvue d'une électrode non représentée en contact avec la goutte 57. Une tension électrique peut alors être appliquée à la goutte. En appliquant une tension électrique sous forme d'impulsions, on peut obtenir des ondes de pression se propageant dans un fluide 58 situé de l'autre côté de la lame 54. Les ondes de pression permettent le mélange du fluide 58 par agitation.  Another application of the present invention is the production of a fluid stirrer under the effect of stirring a membrane. Such a fluid stirrer is represented, in principle, in FIG. 8. In this figure, an insulating support substrate 51, having a hydrophobic surface 52, comprises a buried electrode 53. A blade 54 is arranged facing each other. of the support substrate 51. It comprises an opening 55 covered with a membrane 56. A drop of liquid is disposed between the support substrate 51 and the blade 54, between the membrane 56 and the portion of the surface of the support substrate 51 located 2889514 13 just above the electrode 53. The volume of the drop 57 is advantageously sufficient to obtain a swelling of the membrane 56 when the agitator is at rest. Thus, the drop 57 is centered relative to the electrode 53 of circular shape. The blade 54 is provided with a not shown electrode in contact with the drop 57. An electric voltage can then be applied to the drop. By applying an electrical voltage in the form of pulses, it is possible to obtain pressure waves propagating in a fluid 58 situated on the other side of the blade 54. The pressure waves allow the fluid 58 to be mixed by stirring.

Encore une autre application de la présente invention est la réalisation d'un détecteur permettant de mesurer une pression de fluide. Le principe mis en oeuvre est l'inverse du principe de l'agitateur décrit précédemment. Le détecteur illustré par la figure 9 se présente de manière identique à l'agitateur de la figure 8. Les éléments du détecteur sont donc référencés en ajoutant le chiffre 100 aux éléments correspondants de l'agitateur.  Yet another application of the present invention is the production of a detector for measuring a fluid pressure. The principle used is the opposite of the principle of the stirrer described above. The detector illustrated in FIG. 9 is identical to the agitator of FIG. 8. The detector elements are therefore referenced by adding the number 100 to the corresponding elements of the stirrer.

La goutte 157 est d'abord mise sous activation électrique. La pression d'un fluide 100 circulant de l'autre côté de la lame 154 déforme la membrane 156, ce qui se traduit par une dilatation latérale de la goutte 157 et un changement de la capacité électrique existant entre l'électrode 153 et l'électrode de la lame 154. La variation de pression transformée en variation de capacité est alors détectée par les électrodes.  The drop 157 is first activated electrically. The pressure of a fluid 100 flowing on the other side of the blade 154 deforms the membrane 156, which results in a lateral expansion of the droplet 157 and a change in the electrical capacitance existing between the electrode 153 and the blade electrode 154. The pressure variation transformed into capacitance variation is then detected by the electrodes.

Claims (2)

14 REVENDICATIONS 1. Dispositif de transmission d'une pression par l'intermédiaire d'au moins une micro- membrane (22, 56, 156), comprenant une goutte (30, 57, 157) d'un liquide positionnée sur une surface électriquement isolante et hydrophobe d'un substrat support (10, 51, 151), des moyens permettant de maintenir la micro-membrane en contact avec une partie de la surface de la goutte, et des moyens d'activation électrique de la goutte aptes à modifier la ligne de contact entre la goutte et la surface hydrophobe.  A device for transmitting a pressure through at least one micro-membrane (22, 56, 156), comprising a drop (30, 57, 157) of a liquid positioned on an electrically insulating surface and hydrophobic substrate of a support substrate (10, 51, 151), means for maintaining the micromembrane in contact with a portion of the surface of the drop, and electrical activation means of the drop adapted to modify the line contact between the droplet and the hydrophobic surface. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant de maintenir la micro-membrane comprennent une lame (20, 54, 154) disposée en regard du substrat support (10, 51, 151), la micromembrane (22, 56, 156) obturant une ouverture (21, 55, 155) de la lame.  2. Device according to claim 1, characterized in that the means for maintaining the micromembrane comprise a blade (20, 54, 154) arranged facing the support substrate (10, 51, 151), the micromembrane (22, 56, 156) closing an opening (21, 55, 155) of the blade. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'activation électrique (12, 17) de la goutte sont compris dans le substrat support (10).  3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the electrical activation means (12, 17) of the drop are included in the support substrate (10). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'activation électrique de la goutte comprennent une première électrode constituée par un fil (17) disposé transversalement par rapport au substrat support (10), et une deuxième électrode (12) constituée par un disque 2889514 15 percé en son centre et disposé concentriquement audit fil.  4. Device according to claim 3, characterized in that the electrical activation means of the drop comprises a first electrode constituted by a wire (17) disposed transversely relative to the support substrate (10), and a second electrode (12). constituted by a disk 2889514 15 pierced at its center and concentrically disposed in said wire. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la goutte de liquide (30) est positionnée au moyen d'une électrode de centrage (14) permettant d'appliquer un potentiel électrique de centrage de la goutte.  5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the drop of liquid (30) is positioned by means of a centering electrode (14) for applying an electric centering potential of the droplet . 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode de centrage (14) a une forme en étoile.  6. Device according to claim 5, characterized in that the centering electrode (14) has a star shape. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'électrode de centrage (14) est comprise dans le substrat support (10).  7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the centering electrode (14) is included in the support substrate (10). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'électrode de centrage (14) est disposée concentriquement audit fil (17).  8. Device according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the centering electrode (14) is arranged concentrically to said wire (17). 9. Système constitué d'une association de plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, les dispositifs étant réalisés à partir d'un substrat support commun (41) et d'une lame commune (42).  9. System consisting of a combination of several devices according to any one of claims 2 to 8, the devices being made from a common support substrate (41) and a common blade (42). 2889514 16 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les micro-membranes (44, 45) sont disposées selon un arrangement régulier.  10. System according to claim 9, characterized in that the micromembranes (44, 45) are arranged in a regular arrangement. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'arrangement régulier est une matrice.  11. System according to claim 10, characterized in that the regular arrangement is a matrix. 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matrice constitue une matrice de points reproduisant les caractères Braille selon que les gouttes correspondantes sont ou non activées.  12. System according to claim 11, characterized in that the matrix is a matrix of points reproducing Braille characters according to whether the corresponding drops are activated or not. 13. Agitateur de fluide comprenant au moins un dispositif de transmission d'une pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou au moins un système selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, un générateur de tension fournissant des impulsions de tension aux dispositifs de transmission d'une pression.  13. A fluid shaker comprising at least one pressure transmission device according to any one of claims 1 to 8 or at least one system according to any one of claims 9 to 11, a voltage generator providing pulses of voltage to the devices for transmitting a pressure. 14. Détecteur permettant de mesurer une pression de fluide comprenant un dispositif de transmission d'une pression selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, la goutte (157) étant disposée entre deux électrodes de mesure formant plaques de condensateur, la face de la lame (154) opposée au substrat support étant en contact avec le fluide (100) dont on veut mesurer la pression, d'où il résulte que la goutte se déforme en fonction de la pression de fluide, ce qui modifie la capacité du condensateur, la 2889514 17 mesure de la valeur du condensateur permettant de déterminer la pression de fluide correspondante.  14. A detector for measuring a fluid pressure comprising a device for transmitting a pressure according to any one of claims 2 to 8, the drop (157) being disposed between two measuring electrodes forming capacitor plates, the face of the blade (154) opposite the support substrate being in contact with the fluid (100) whose pressure is to be measured, whereby the drop deforms as a function of the fluid pressure, which modifies the capacity of the capacitor , the 2889514 17 measurement of the value of the capacitor for determining the corresponding fluid pressure. 15. Procédé de transmission d'une pression 5 par l'intermédiaire d'au moins une micro-membrane, comprenant les étapes suivantes: - mise en contact d'au moins une partie de la micro-membrane (22, 56, 156) avec une goutte d'un liquide (30, 57, 157) positionnée sur une surface hydrophobe, - application de moyens d'activation électrique à la goutte aptes à modifier la ligne de contact entre la goutte et la surface hydrophobe.  15. A method of transmitting a pressure via at least one micro-membrane, comprising the following steps: contacting at least a portion of the micro-membrane (22, 56, 156) with a drop of a liquid (30, 57, 157) positioned on a hydrophobic surface, - application of electrical activation means to the drop capable of modifying the line of contact between the droplet and the hydrophobic surface. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens d'activation électrique sont des moyens provoquant une surpression gonflant la membrane (22) durant leur application.  16. The method of claim 15, characterized in that the electrical activation means are means causing an overpressure swelling the membrane (22) during their application. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens d'activation électrique sont des moyens provoquant la vibration de la membrane (56).  17. The method of claim 15, characterized in that the electrical activation means are means causing the vibration of the membrane (56).
FR0552462A 2005-08-08 2005-08-08 Transmission of pressure to micro-membrane e.g. for electronic Braille book uses electrical activation of liquid droplet to modify contact with hydrophobic surface Withdrawn FR2889514A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0552462A FR2889514A1 (en) 2005-08-08 2005-08-08 Transmission of pressure to micro-membrane e.g. for electronic Braille book uses electrical activation of liquid droplet to modify contact with hydrophobic surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0552462A FR2889514A1 (en) 2005-08-08 2005-08-08 Transmission of pressure to micro-membrane e.g. for electronic Braille book uses electrical activation of liquid droplet to modify contact with hydrophobic surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2889514A1 true FR2889514A1 (en) 2007-02-09

Family

ID=36160256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0552462A Withdrawn FR2889514A1 (en) 2005-08-08 2005-08-08 Transmission of pressure to micro-membrane e.g. for electronic Braille book uses electrical activation of liquid droplet to modify contact with hydrophobic surface

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2889514A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1916556A3 (en) * 2006-09-29 2008-05-07 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Actuators, pumps, and optical scanners
CN103663347A (en) * 2012-09-10 2014-03-26 美国博通公司 Liquid MEMS Component Responsive to Pressure
EP2738755B1 (en) * 2012-11-28 2018-12-26 Hochschule für angewandte Wissenschaften Fachhochschule Coburg Device for tactual presentation of information

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020114715A1 (en) * 2001-02-20 2002-08-22 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Micropump driven by movement of liquid drop induced by continuous electrowetting
US20020144738A1 (en) * 1999-06-28 2002-10-10 California Institute Of Technology Microfabricated elastomeric valve and pump systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020144738A1 (en) * 1999-06-28 2002-10-10 California Institute Of Technology Microfabricated elastomeric valve and pump systems
US20020114715A1 (en) * 2001-02-20 2002-08-22 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Micropump driven by movement of liquid drop induced by continuous electrowetting

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BERRE M L ET AL: "Electrocapillary force actuation of microfluidic elements", MICROELECTRONIC ENGINEERING, ELSEVIER PUBLISHERS BV., AMSTERDAM, NL, vol. 78-79, March 2005 (2005-03-01), pages 93 - 99, XP004803603, ISSN: 0167-9317 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1916556A3 (en) * 2006-09-29 2008-05-07 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Actuators, pumps, and optical scanners
US7733549B2 (en) 2006-09-29 2010-06-08 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Actuators, pumps, and optical scanners
CN101187730B (en) * 2006-09-29 2010-06-09 兄弟工业株式会社 Actuators, pumps, and optical scanners
CN103663347A (en) * 2012-09-10 2014-03-26 美国博通公司 Liquid MEMS Component Responsive to Pressure
EP2738755B1 (en) * 2012-11-28 2018-12-26 Hochschule für angewandte Wissenschaften Fachhochschule Coburg Device for tactual presentation of information

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1891329B1 (en) Electrowetting pumping device and use for measuring electrical activity
EP1376846B1 (en) Device for the displacement of small volumes of liquid along a micro-catenary using electrostatic forces
EP2609993B1 (en) Micro and nano fluid device for separating and concentrating particles contained in a fluid
EP2143948A2 (en) Microfluidic system for displacement of a fluid
EP1337757B1 (en) Valves activated by electrically active polymers or by shape-memory materials, device containing same and method for using same
EP1429992B1 (en) Flexible structure with integrated sensor/actuator
EP2702275B1 (en) Micropump having a flowmeter, and method for producing same
WO2000007728A2 (en) Micro-system with multiple points for chemical or biological analysis
JPH10185929A (en) Device for automatic continuous analysis of liquid sample
WO2006013303A1 (en) Device for moving and treating volumes of liquid
US11369349B2 (en) Wearable sweat biosensing devices with active sweat sample coupling
EP1714300B1 (en) Microfluidic device comprising an electrospray nose
FR3046244A1 (en) GAS SENSOR WITH IMPROVED SELECTIVITY AND INCREASED COMPACITY
EP1796843B1 (en) Device for dielectrophoretic separation of particles contained in a fluid
EP3059300A1 (en) Device for manipulating biological cells using a vibrating holder
EP2649507A1 (en) Micro-fluidic device for the analysis of a fluid sample
JP2013529287A (en) Microfluidic channel device having an array of drive electrodes
EP3318328A1 (en) Sorting device for particles present in a fluid sample
FR2889514A1 (en) Transmission of pressure to micro-membrane e.g. for electronic Braille book uses electrical activation of liquid droplet to modify contact with hydrophobic surface
FR2967148A1 (en) CONTROLLED EVAPORATION METHOD OF A LIQUID DROP IN A MICROFLUIDIC DEVICE
EP2591857A1 (en) Device and method for handling drops
EP3541514B1 (en) Method and system for controlling a microfluidic device
WO2016139409A1 (en) Device for collecting a liquid sample by capillary action
EP3394667B1 (en) Electro-optical device for detecting local change in an electric field
EP4168791A1 (en) Submersible environmental sensor incorporating anti-fouling means

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse

Effective date: 20070430