FR2903679A1

FR2903679A1 - Fabrication de dispositifs microfluidiques polymeriques par impression photo-assistee.

Info

Publication number: FR2903679A1
Application number: FR0606457A
Authority: FR
Inventors: Vincent Studer; Denis Bartolo; Guillaume David Degre
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-01-18
Anticipated expiration: 2026-07-17
Also published as: US20090250130A1; WO2008009803A2; JP5684985B2; WO2008009803A3; FR2903679B1; EP2046676A2; US8636022B2; WO2008009803A4; JP2009543702A

Abstract

Procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique comportant une étape dans laquelle on utilise un timbre en un matériau élastomérique pour imprimer une résine liquide d'un polymère photoréticulable et/ou photopolymérisable placée sur un support.

Description

L'invention a pour objet un nouveau procédé de fabrication de dispositifs

microfluidiques, ainsi que les dispositifs résultants de l'application de ce procédé et leurs utilisations dans des systèmes microfluidiques. Dans de nombreux domaines techniques, le recours à la microfluidique est de plus en plus fréquent, qu'il s'agisse de la chimie, des biotechnologies ou de la mécanique des fluides par exemple, avec une demande de la part des utilisateurs pour une miniaturisation toujours plus poussée. Notamment il existe une demande pour des techniques de prototypage rapide permettant de fabriquer des dispositifs microfluidiques dotés d'une plus grande complexité, de temps de fabrication plus courts, de coûts plus faibles. En outre, suivant les utilisations envisagées, les qualités de résistance aux solvants (organiques ou aqueux), de résistance à la pression exercées par le fluide en circulation, de résolution spatiale ou de transparence constituent des exigences classiques en la matière. De façon classique, il existe deux approches principales pour la fabrication de dispositifs microfluidiques : (i) la gravure directe et (ii) la réplication par moulage. Dans les techniques de gravure directe, les canaux sont directement gravés par des techniques de structuration de couches minces issues de la microélectronique (lithographie électronique, optique, gravure ionique réactive,...). Les dispositifs sont finalisés par assemblage de couches minces (anodic bonding, fusion bonding,...). Les matériaux employés sont le silicium, le verre, les métaux. Toutefois, cette approche est mal adaptée au prototypage rapide car les équipements sont coûteux, leur mise en oeuvre est complexe et nécessite des savoirs faire très spécifiques. Les temps de fabrication sont longs et le choix des matériaux utilisables est restreint. Dans les techniques de moulage ou d'emboutissage à chaud, un moule original est fabriqué par les méthodes de gravure directe. Les dispositifs microfluidiques sont obtenus par réplication du moule dans un matériau polymère. L'utilisation d'élastomères de PolyDiMethylSiloxane (PDMS) est de loin la plus répandue. On obtient ainsi en pratique un timbre d'épaisseur centimétrique sur sa surface. Les dispositifs sont finalisés par fermeture des structures par collage sur surface plane (verre, élastomères, silicium,...). 2903679 2 Les techniques dites de Soft Lithography basées sur l'utilisation d'élastomères limitent fortement la résistance des dispositifs face à l'application de hautes pressions (déformabilité et collage) et donc au transport de fluides visqueux, à l'utilisation de solvants variés (organiques ou aqueux). 5 Les dispositifs tout en PDMS ne sont pas satisfaisants pour les utilisateurs : la construction de structures microniques et/ou de forts rapports d'aspects est rendue impossible par la déformabilité des canaux qui peut conduire à l'affaissement et/ou au bouchage des canaux. C'est le cas des dispositifs construits à partir d'au moins un élément en PDMS. 10 Enfin le PDMS possède de médiocres résistances chimiques et mécaniques. Le PDMS est gonflé par de nombreux solvants organiques. Il est dégradé par les acides et les bases fortes. Ces deux caractéristiques limitent fortement la gamme de solvants transportables dans des dispositifs en PDMS. Le faible module élastique des élastomères comme le PDMS rend ces matériaux totalement inefficaces pour supporter de 15 fortes pressions mécaniques. Finalement, le PDMS est perméable aux gaz. La base et/ou le couvercle des dispositifs en PDMS sont épais pour permettre leur manipulation. Cette épaisseur gène l'observation à l'intérieur des canaux par des méthodes optiques. L'utilisation d'autres matériaux polymères (vitreux en particulier) est fortement limitée par l'étape de fermeture des canaux par collage. En pratique le collage 20 sur des substrats métalliques et inorganiques reste un obstacle insurmonté en particulier pour les dispositifs incluant des structures microniques et submicroniques. L'utilisation de couches fines de polymères pour faciliter le collage détériore les propriétés optiques du dispositif, augmente l'épaisseur globale du dispositif et modifie ses propriétés de surface. La présente invention remédie aux inconvénients de l'art antérieur grâce 25 à un procédé nouveau de fabrication de dispositifs microfluidiques polymériques par impression photo-assistée. Cette méthode de fabrication fait appel à un équipement simple et peu coûteux, elle est utilisable en prototypage rapide. Elle donne accès à des dispositifs ayant une résolution spatiale élevée, transparents, résistants aux solvants organiques et aqueux, 30 résistants aux pressions, de taille réduite, susceptibles d'intégrer différents matériaux. Le document WO 2005/030822 décrit un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique à partir de perfluoropolyéthers photoréticulables. Un substrat rigide ayant un certain profil est utilisé comme support de moulage. Un précurseur de 2903679 3 polymère perfluoropolyéther liquide est placé sur le moule. La photoréticulation du polymère donne une partie du dispositif comportant l'empreinte du moulage. Cette partie est ôtée du moule et placée au contact d'un support du même matériau. Une seconde irradiation permet de fixer les deux parties du dispositif. 5 Ce procédé n'est pas dépourvu d'inconvénients : le perfluoropolyéther est choisi pour ses qualités d'élasticité qui lui permettent d'être ôté du moule facilement, et pour sa résistance aux solvants. Toutefois, l'obligation de pouvoir déplacer le polymère moulé impose de lui donner une base d'une épaisseur suffisante qui limite l'utilisation de cette méthode pour : assurer des contrôles thermiques rapides, conserver les propriétés 10 optiques de la base... Le matériau élastomérique a par nature une mauvaise résolution, il est difficile d'obtenir des structures dotées de canaux de dimension inférieure à 100 gin. Enfin ces dispositifs sont difficilement empilables. Le document T. Cabral et al., Langmuir, Research Article, 2004, 20(23), 10020-10029, décrit un procédé de fabrication de dispositifs microfluidiques par photo- 15 polymérisation frontale. Un polymère photo-réticulable est placé entre deux plaques maintenues à distance à l'aide d'espaceurs et un traitement par des U.V. permet de solidifier le polymère suivant le profil choisi. Toutefois, l'utilisation d'espaceurs contraint à la production de structures d'épaisseur d'environ 400 m. Les motifs que l'on peut obtenir par ce procédé sont d'une taille supérieure à la longueur d'onde optique employée. 20 Les canaux obtenus par ce procédé ont une largeur de 600 m. Le polymère non réticulé est éliminé à l'aide d'un solvant et en introduisant de l'air sous pression dans le microcircuit. Toutefois il est impossible d'éliminer totalement toute trace de pré-polymère, notamment dans les parties de circuit dépourvues d'issue. Enfin l'obligation d'irradier le polymère au travers d'une lame de verre 25 confère une faible résolution au dispositif en raison de la diffraction des rayonnements lumineux au travers de la lame de verre. Les supports utilisables par ce procédé sont peu variés. Le document US-2006/0014271 décrit un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique entièrement polymérique. Toutefois, les inconvénients sont 30 sensiblement les mêmes que pour le procédé ci-dessus : épaisseur du dispositif et mauvaise résolution. Le document V. Studer et al., Applied Physics Letters, 80(19), 3614-3616, 2002 décrit un procédé de nanomoulage à chaud de pastilles de polymères 2903679 4 thermoplastiques pour former des dispositifs microfluidiques. Les dispositifs résultants ont une résolution et une résistance aux solvants satisfaisantes, mais leur résistance à la pression laisse à désirer, car le collage thermique des deux parties polymériques ne permet pas d'obtenir des structures résistantes à de fortes pressions. En outre cette méthode ne 5 permet pas la finalisation des dispositifs par collage en milieu aqueux. Il subsiste donc le besoin d'un procédé permettant de produire des dispositifs microfluidiques par prototypage rapide, qui soit simple, peu coûteux, et qui donne un produit doté d'une très bonne résolution, d'une grande résistance aux solvants aqueux ou organiques, ainsi qu'à la pression et dont les dimensions peuvent être réduites 10 jusqu'à des canaux de l'ordre du micron. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on utilise comme matériau de départ un timbre en un matériau élastomérique tel que du PDMS comportant un profil complémentaire de celui du dispositif auquel on souhaite aboutir. Le timbre en 15 élastomère est utilisé pour imprimer une résine liquide de polymère photoréticulable et/ou photopolymérisable placée sur un support au choix. Après photo-irradiation de la résine au travers du timbre en élastomère, notamment en PDMS, ce dernier est retiré et on obtient la partie (base profilée) du dispositif microfluidique ayant le profil complémentaire de celui du timbre. L'utilisation 20 du timbre en élastomère, notamment en PDMS comme moule d'impression du dispositif permet de le retirer facilement après photoréticulation et/ou photopolymérisation car le PDMS n'adhère pas aux résines photoréticulables et/ou photopolymérisables. Avec un dosage approprié de l'irradiation, la photopolymérisation et/ou la photoréticulation ne se fait pas à l'interface timbre-résine. Cette interface contient alors des sites de réticulation ou 25 de polymérisation actifs. On peut ensuite placer un couvercle sur cette interface de la base du dispositif. Ce couvercle peut être en tout matériau approprié tel que verre, résine photosensible, élastomère de silicone oxydé sous plasma à oxygène. Une irradiation, de préférence sous presse du dispositif base profilée + couvercle scelle le dispositif microfluidique sans qu'il soit besoin d'utiliser une colle. 30 Ce procédé permet d'obtenir, à partir d'un matériau initialement à l'état liquide, un dispositif microfluidique de structure solide, de très bonne résolution, résistant aux solvants et à la pression. Un tel dispositif peut être fabriqué rapidement et fait appel à des matières premières peu coûteuses. Le circuit imprimé dans ce dispositif peut être 2903679 5 dessiné au choix de l'utilisateur et ensuite être intégré dans un système microfluidique de plus grande taille. Par dispositif microfluidique on entend un dispositif au travers duquel on fait s'écouler des matériaux fluides, tels que des liquides, à une échelle allant du picolitre 5 au microlitre. Un dispositif microfluidique comprend au moins un canal d'écoulement et/ou des réservoirs, il peut en outre comprendre des chambres de réaction, des chambres de mélange, des zones de séparation. De façon plus détaillée, le procédé de l'invention concerne la fabrication d'un dispositif microfluidique comportant au moins une base (2), au moins deux parties 10 latérales (4') définissant un motif tel qu'un canal (6), ce procédé étant caractérisé en ce que (figures 1A, 1B, 1C) : i- un timbre (1) en matériau élastomère comportant un profil (la) complémentaire de celui du dispositif microfluidique est utilisé comme moule, ii- la base (2) constituée d'une plaque en matériau solide, susceptible de 15 réagir avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable est placée à distance du timbre (1) en élastomère, et parallèlement au timbre (1), iii- on dépose sur la base (2) de la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable (4) sous forme liquide en quantité appropriée, iv- on place le timbre (1) sur la base (2) en appliquant une pression (P) au 20 timbre, la résine liquide vient se placer dans les zones creuses (1 c) du timbre en élastomère, v- on irradie la résine (4) dans l'axe perpendiculaire à la base (2) du dispositif, au travers du timbre (1) à l'aide de rayonnements appropriés pour obtenir sa polymérisation et/ou sa réticulation, 25 vi- le timbre (1) est ôté du dispositif. Selon l'invention et comme représenté sur la figure 1A, un timbre (1) en matériau élastomère, notamment en PDMS, comportant un profil (la) est utilisé comme moule. Le timbre comporte une protubérance (lb) de section rectangulaire correspondant au canal (6) du dispositif microfluidique que l'on souhaite obtenir. Il comporte également 30 deux zones creuses (1c) de section rectangulaire de chaque côté de la protubérance (lb). Le profil (la) est complémentaire de celui du dispositif microfluidique que l'on veut produire. La base (2) est constituée d'une plaque en matériau solide, susceptible de réagir avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable, comme par exemple du 2903679 6 verre, du silicium, un film de polymère solide, un métal (Cuivre, Aluminium, aciers, or...), un alliage conducteur ou semi-conducteur (I.T.O., SiC, SiN, GaN, AsGa...), une céramique, du quartz, du Saphir, un élastomère (PDMS, polyuréthane...). De préférence, la base (2) est constituée d'une lamelle de verre. Pour 5 permettre certaines applications, il est préférable que la base soit d'épaisseur très fine. Afin de faciliter les manipulations lors du procédé, et comme représenté sur les figures 1A, 1B et 1C, la base est de préférence posée sur un support (3) qui pourra être ôté à tout moment. Ce support est en tout matériau approprié pour cet usage. Il peut être constitué de la base d'une presse sur laquelle est posé le dispositif. 10 On dépose sur la base (2) de la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable (4) sous forme liquide en quantité appropriée. La résine photoréticulable et/ou photopolymérisable est une solution ou une dispersion à base de monomères et/ou de pré-polymères. On utilise dans le procédé de l'invention des résines photoréticulables et/ou photopolymérisables habituellement utilisées comme adhésifs, 15 colles ou revêtements de surface. Avantageusement on choisit des adhésifs, colles ou revêtements de surface habituellement employés dans le domaine optique. De telles résines lorsqu'elles ont été irradiées et photoréticulées et/ou photopolymérisées, donnent un solide de préférence transparent, dépourvu de bulles ou de toute autre irrégularité. De telles résines sont généralement a base de 20 monomères/comonomères/pré-polymères de type époxy, époxysilane, acrylate, méthacrylate, acide acrylique, acide méthacrylique, mais on peut encore citer des résines thiolène, polyuréthane, uréthane-acrylate, les résines peuvent être remplacées par des gels aqueux photoréticulables comme des gels de polyacrylamide, et elles sont choisies pour être liquides à la température ambiante. 25 Parmi les résines photoréticulables utilisables dans la présente invention, on peut citer les produits commercialisés par la société Norland Optics sous la marque NOA Norland Optical Adhesives, comme par exemple les produits NOA81 et NOA60, les produits commercialisés par la société Dymax dans la gamme Dymax Adhesive and light curing systems , les produits commercialisés par la société Bohle dans la gamme 30 UV adhesives , les produits commercialisés par la société Sartomer sous les références commerciales SR492 et SR499. 2903679 7 La polymérisation et/ou la réticulation de ces résines se fait par photoactivation à l'aide de tout moyen approprié, tel qu'une irradiation par des rayonnements U.V., visible, I.R. On choisit préférentiellement une résine qui une fois polymérisée et/ou 5 réticulée est rigide, et non souple, car les résines élastomériques ont tendance à se déformer lorsque l'on fait circuler des fluides sous pression dans le dispositif. Toutefois, pour certaines applications, l'utilisation de résines photoréticulables élastomériques n'est pas exclue. Après le dépôt de la résine liquide (4) sur la base (2) on place le timbre 10 (1) en élastomère, notamment en PDMS sur la base (2). La résine liquide vient se placer dans les parties creuses (1 c) du timbre en élastomère. On applique une pression (P) au timbre pour chasser d'éventuels excès de colle. Sur la figure 1B, les parties saillantes et notamment la protubérance (lb) du timbre (1) en élastomère sont au contact de la base (2). La résine (4) liquide prend la forme des zones creuses (lc) du timbre (1). L'irradiation de 15 la résine (4) est faite dans l'axe perpendiculaire à la base du dispositif, au travers du timbre (1). L'irradiation doit être dosée de façon, si on le souhaite, à laisser en superficie supérieure des parties latérales (4'), en résine, des sites de polymérisation et/ou de réticulation actifs. Puis le timbre (1) est ôté du dispositif. Sur la figure 1C on observe les parties latérales (4') du dispositif (5) en résine photo-polymérisée et/ou photo-réticulée, de 20 profil rectangulaire complémentaire de celui des zones creuses (1c) du timbre (1). Ces parties latérales (4') sont fixées à la base (2) et définissent un canal (6). On peut prévoir que le profil du timbre soit adapté pour que la résine photo-polymérisée et/ou photo-réticulée définisse d'autres motifs. Le terme canal est employé ici de façon large pour désigner toute partie 25 creuse ou en retrait dans le profil du dispositif de l'invention. L'impression à l'aide d'un timbre en élastomère dans une résine (4) à l'état liquide permet d'obtenir des structures (6, 4') de très petite taille et de très bonne résolution. Un couvercle (7) peut alors être fixé au reste du dispositif. Le couvercle (7) du dispositif peut être fait dans tout matériau approprié 30 susceptible de réagir avec les sites de polymérisation et/ou de réticulation actifs des parties latérales, comme par exemple, du verre, du silicium, un film de polymère solide, un métal, un alliage conducteur ou semi-conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère. De préférence on choisit une lame de verre, un film de polymère, une lame de 2903679 8 silicium. Les matériaux utilisés pour former le couvercle et la base sont choisis en fonction de l'application qui sera faite du dispositif. Un couvercle et/ou une base en silicium sont plus appropriés pour produire des puces équipées d'éléments microélectriques intégrés (par exemple de type 5 CMOS pour semiconducteur en oxyde métallique complémentaire) pour la détection ou la mesure de propriétés physiques/chimiques locales (température, pression, concentration d'une espèce, potentiel électrique, courant, ...). Le collage sur puce à ADN en silicium est aussi envisageable. Ceci permettant le couplage entre technologies puce à ADN et microfluidique. 10 Un couvercle et/ou une base en film de polymère sont plus appropriés pour produire des dispositifs à bas coût, jetables ou pour faire de la microfluidique digitale (microfluidique en gouttes). Le transport de gouttes d'émulsions dans des géométries confinées n'est possible que si les propriétés de mouillage des parois sont défavorables vis-à-vis des gouttes transportées. Pour le transport de gouttes on préfère l'utilisation de 15 canaux chimiquement homogènes et donc constitués d'un même matériaux. Pour certaines applications, il peut être nécessaire d'avoir des canaux souples (fabrication de vannes par exemple). Dans ce cas un élastomère photoréticulable/polymérisable sera bien adapté pour la base/le couvercle. Un couvercle et/ou une base en verre sont plus appropriés pour faciliter 20 l'observation, la détection optique (transparence). Une autre application importante concerne l'utilisation de lames de verre pour faire des cultures cellulaires. Plus généralement, l'utilisation du verre permet de profiter de la versatilité des traitements de surfaces chimiques et biologiques existant pour ce substrat. 25 Un dernier atout du verre est sa très bonne conductivité thermique. Il permet d'effectuer un chauffage homogène des dispositifs. Le couvercle peut être en un matériau identique ou distinct de celui de la base. Sur la figure 2A : Le couvercle (7) est placé sur un support plan de la 30 presse (8).La base (2) sur laquelle sont fixées les parties latérales (4') du dispositif est placée sur le couvercle de façon à fermer le dispositif La presse (8) est employée pour maintenir l'ensemble sous pression et l'ensemble est traité par irradiations de façon à fixer le couvercle (7) aux parties latérales 2903679 9 (4') par photopolymérisation ou photoréticulation. L'irradiation est faite à une longueur d'onde appropriée en fonction du matériau à traiter. La photopolymérisation et/ou photoréticulation sous presse peut être effectuée en milieu aqueux. La pression exercée chasse le film d'eau intercalé entre le matériau de fermeture et la résine réticulée. Puis 5 l'ensemble est retiré de la presse (8). On obtient le dispositif de la figure 2B comportant : un couvercle (7), une base (2) et deux parties latérales (4') définissant un canal (6) destiné à la circulation des fluides. Tout autre moyen qu'une presse, qui soit susceptible d'imposer une pression à l'ensemble base profilée + couvercle peut être choisi. 10 La base (2) et le couvercle (7) ont chacun une face extérieure au dispositif, respectivement (2a) et (7a) qui peuvent être utilisées comme base dans une seconde opération de création d'un profil microfluidique par impression d'un timbre en élastomère dans une résine puis photopolymérisation et/ou photoréticulation. La répétition de telles étapes de création d'un profil puis fermeture par un 15 couvercle permet d'obtenir des dispositifs à plusieurs étages. L'existence ou l'absence de connexions fluidiques entre ces circuits est déterminée par l'emploi de couvercles/bases intermédiaires perforés ou non. Par exemple, des circuits superposés non communicants peuvent être employés pour imposer à l'un des circuits des conditions thermiques déterminées en faisant circuler dans un circuit voisin un fluide à la température contrôlée. 20 Figure 3 : On prévoit avantageusement de percer des orifices (9) dans le couvercle (7) du dispositif de l'invention avant de le fixer sur les parties latérales, de façon à permettre la fixation de connectiques aux emplacements appropriés du canal. Le choix des connectiques et de leurs emplacements est fait en fonction du substrat et de l'application visée. Leur fixation se fait par tout moyen approprié, 25 notamment à l'aide de colle, comme par exemple à l'aide de la résine photopolymérisable et/ou photoréticulable ayant servi à former les parties latérales du dispositif. La figure 4 est une coupe verticale d'un dispositif de l'invention au niveau d'un élément de connexion (10). L'élément de connexion (10) est traversé verticalement par un canal (l0a) qui permet l'injection ou la récupération de fluides dans le 30 canal (6) du dispositif. L'élément de connexion (10) est inséré dans l'orifice (9) du couvercle (7) et fixé de façon étanche dans cet orifice à l'aide de colle optique. Le timbre en élastomère, notamment en PDMS ayant servi à mouler le dispositif de l'invention est fabriqué de façon connue par la technique dite de sort 2903679 10 lithography : un moule à base de résine ou de silicium est utilisé comme support de départ. L'élastomère est coulé sur le moule puis réticulé et démoulé. D'une façon générale, le moule utilisé pour fabriquer le dispositif microfluidique de l'invention est en matériau souple, notamment élastomérique, 5 transparent aux rayonnements optiques (U.V., I.R., visible) qui seront utilisés pour réticuler la résine photoréticulable, et il est perméable aux gaz. Le matériau préférentiellement utilisé est un polydiméthylsiloxane (PDMS), mais d'autres matériaux ayant les mêmes propriétés peuvent également être utilisés comme par exemple un élastomère de polyuréthane. Le matériau utilisé pour former le timbre doit avoir une 10 aptitude à former un profil doté d'une très bonne résolution, car la résolution du dispositif microfluidique dépend notamment de celle du timbre. Le support de moulage en silicium ou en résine peut être fait par lithographie optique ou par lithographie électronique pour une meilleure résolution. Toute méthode permettant d'obtenir le timbre en élastomère, notamment 15 en PDMS ayant le profil approprié est acceptable pour la mise en oeuvre de la présente invention. Toutefois, on préfère les techniques donnant un timbre de très bonne résolution qui permettent d'obtenir des dispositifs microfluidiques ayant également une très bonne résolution. Les moules en PDMS utilisés dans la technique dite de sort imprint lithography sont généralement utilisables dans la présente invention. 20 Selon une variante de l'invention on peut produire un dispositif microfluidique ayant une structure tridimensionnelle. Selon cette variante, illustrée sur la figure 5, une plaque (3) en matériau ne réagissant pas avec la résine, tel que du PDMS, est utilisée comme support. La résine (4) photoréticulable sous forme liquide est déposée directement sur la plaque de PDMS. Un timbre (1) de PDMS ou d'un autre matériau 25 élastomérique perméable aux gaz, ayant le profil complémentaire de celui que l'on veut imprimer à la résine est appliqué sur l'ensemble support (3) + résine (4). La résine (4) est photo-irradiée au travers du timbre (1) de PDMS de façon à former les parties latérales (4') du dispositif encadrant un motif (6), tel qu'un canal. Le timbre (1) de PDMS est ensuite ôté. On obtient le dispositif (11) comportant deux parties latérales (4') en résine et un 30 support (3), définissant un motif (6), ici un canal ouvert dans sa partie supérieure. - la même séquence d'opérations est répétée de façon à former les parties latérales d'un second dispositif, 2903679 11 - l'ensemble est irradié de façon à fixer ensemble les deux dispositifs par leurs parties latérales. Le dispositif (11) est représenté en perspective sur la figure 6. Les deux dispositifs placés sur leurs supports en PDMS respectifs sont ensuite posés l'un sur l'autre 5 dans la configuration souhaitée, avantageusement avec une communication entre les canaux. Sur la figure 7 on observe un dispositif à deux niveaux : Le support (3) en PDMS supporte deux parties latérales (4'A) en résine réticulée et l'ensemble définit un motif (6A), ici un canal. 10 Un dispositif identique a été disposé transversalement sur la face supérieure des parties latérales (4'A). Les parties latérales (4'B) séparées par un canal (6B) sont posées sur le premier dispositif. Le support de PDMS sur lequel reposaient les parties latérales (4'B) a été retiré. 15 Avantageusement les canaux (6A) et (6B) communiquent à leur intersection (12). L'opération peut être répétée autant de fois qu'on le souhaite, de façon à créer un réseau de motifs, et notamment de canaux, sur plusieurs étages. On peut ainsi prévoir de créer des circuits microfluidiques à plusieurs étages avec ou sans 20 communications entre eux. Notamment, on peut prévoir de créer des couches intermédiaires entre les circuits sous forme de plaques de résine. Des matériaux photopolymérisables et/ou photoréticulables différents peuvent être employés pour les différents niveaux de circuit. Au final, le réseau est fixé sur une base et fermé par un couvercle comme décrit ci-dessus par photo-irradiation du dispositif maintenu sous 25 pression. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique en résine (4) photoréticulable et/ou photopolymérisable, caractérisé en ce que : i- un timbre en matériau élastomère comportant un profil complémentaire 30 de celui du dispositif microfluidique est utilisé comme moule, ii- un support constituée d'une plaque en un matériau solide, qui n'est pas susceptible de réagir avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable est placé à distance du timbre en élastomère, etparallèlement au timbre, 2903679 12 iii- on dépose sur le support de la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable sous forme liquide en quantité appropriée, iv- on place le timbre sur le support en appliquant une pression au timbre, sans que celui-ci ne vienne au contact du support 5 v- on irradie la résine dans l'axe perpendiculaire au support du dispositif, au travers du timbre à l'aide de rayonnements appropriés pour obtenir sa polymérisation et/ou sa réticulation, vi- le timbre est ôté du dispositif. Selon une autre variante encore, le support est doté d'un profil qui est 10 également imprimé dans la résine. Selon une variante de l'invention illustrée sur les figures 13A, 13B et 13C, on peut prévoir de fabriquer directement la base et les parties latérales du dispositif microfluidique en une seule étape et dans le même matériau. Sur la figure 13A, une résine (4) photoréticulable est placée sur un support (3) en un matériau qui ne réagit pas avec 15 cette résine dans les conditions normales d'irradiation. On peut notamment prévoir que le support (3) soit en PDMS. Un timbre (1) en PDMS doté d'un profil plan (lb) comportant une excroissance (1 a) est placé parallèlement et au dessus de ce support (3). On applique une pression contrôlée (P) de façon à imprimer dans la résine (4) le profil du timbre (1) sans que celui-ci ne vienne au contact du support (3) comme illustré sur la figure (13B). 20 Ensuite on photoirradie l'ensemble, suivant un axe perpendiculaire au support (3) et on retire le timbre (1). On obtient, comme représenté sur la figure 13C, une base (13.4) dotée d'un profil (13.1) complémentaire de celui du timbre (1), et notamment une zone creuse (13.6) complémentaire de l'excroissance (1 a). Selon encore une autre variante du procédé de l'invention décrite sur les 25 figures 14A, 14B et 14C, on peut fabriquer une base dotée d'un profil sur ses deux faces. Sur la figure 14A, une résine (4) photoréticulable est placée sur un support (3) en un matériau qui ne réagit pas avec cette résine dans les conditions normales d'irradiation. On peut notamment prévoir que le support (3) soit en PDMS. Le support (3) comporte un profil (3b) plan comportant deux excroissances (3a). Un timbre (1) en PDMS doté d'un 30 profil plan (lb) comportant une excroissance (la) est placé parallèlement et au dessus de ce support (3). On applique une pression contrôlée (P) de façon à imprimer dans la résine (4) le profil du timbre (1) sans que celui-ci ne vienne au contact du support (3) comme illustré sur la figure (14B). Ensuite on photoirradie l'ensemble, suivant un axe perpendiculaire au 2903679 13 support (3) et on retire le timbre (1) et le support (3). On obtient comme illustré sur la figure 14C une base doublement profilée (14.4) dotée d'une face supérieure ayant un profil (14a) complémentaire de celui du timbre (1) et une face inférieure ayant un profil (14b) complémentaire de celui de la base (3). On peut ensuite comme décrit ci-dessus fixer une 5 couvercle sur chacune des faces de la base (14.4). La description qui a été faite ci-dessus du procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique concernait la fabrication d'une structure simplement constituée d'un canal. Toutefois, il est prévu que la présente invention s'applique à la fabrication de dispositifs microfluidiques ayant des profils extrêmement variés : on peut prévoir que le 10 dispositif de l'invention comporte sur un même plan plusieurs canaux de profils identiques ou différents, avec des croisements de canaux, des chambres de réaction, des réservoirs, des chambres de mélanges. On peut prévoir que les parois latérales des différents canaux, réservoirs et chambres soient parallèles ou non, de façon à créer notamment des canaux de section variable. Le timbre d'élastomère, avantageusement de PDMS, est conçu de façon à 15 avoir le profil complémentaire de celui du dispositif microfluidique. En appliquant le procédé de l'invention, on peut avoir accès à des structures ayant une excellente résolution et un excellent rapport d'aspect. Notamment le procédé de l'invention donne accès à des dispositifs microfluidiques dont les canaux peuvent avoir une petite largeur. On définit la largeur du 20 canal d'un dispositif microfluidique comme la distance entre les parties latérales du canal. Lorsque les parois latérales des canaux du dispositif ne sont pas parallèles, on définit la largeur d'un canal comme la plus petite largeur de ce canal. On définit l'épaisseur du dispositif microfluidique comme la distance entre la base et le couvercle du dispositif. Le procédé de l'invention permet d'obtenir des dispositifs de faible épaisseur. Lorsque le 25 dispositif comporte une succession de couches de résines dans lesquelles sont imprimés des canaux, on définit l'épaisseur de chaque canal comme la distance entre la face supérieure et la face inférieure des parties latérales du canal. Un autre objet de l'invention est un dispositif microfluidique comportant : 30 - au moins une base (2) constituée d'une plaque d'un matériau rigide tel qu'une lamelle de verre ou de silicium, d'un polymère photoréticulé, un métal, un alliage conducteur ou semi conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère ; 2903679 14 - au moins deux parties latérales (4') en résine photopolymérisée et/ou photoréticulée non élastomérique non thermoplastique, définissant au moins un canal (6) ; - au moins un couvercle (7) parallèle à la base, fixé sur les parties latérales (4') fermant le canal (6) dans sa partie supérieure, et qui est avantageusement 5 constitué d'une plaque d'un matériau rigide qu'une lamelle de verre ou de silicium, d'un polymère photoréticulé, un métal, un alliage conducteur ou semi conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère, ce dispositif étant caractérisé en ce l'épaisseur du canal est inférieure ou égale à 300 m. De préférence la largeur du canal est inférieure ou égale à 100 m, plus 10 préférentiellement inférieure ou égale à 10 m, avantageusement inférieure ou égale à 1 m, encore plus avantageusement inférieure ou égale à 100 nm, avantageusement encore inférieure ou égale à 50 nm. De préférence l'épaisseur du canal est inférieure ou égale à 200 m, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 100 m, avantageusement inférieure 15 ou égale à 10 m, encore plus avantageusement inférieure ou égale à 1 m, avantageusement encore inférieure ou égale à 100 nm. Le rapport d'aspect, qui est le rapport largeur/profondeur des motifs que l'on crée dans la résine, peut varier de 0,1 : 1 à 10 : 1. Des valeurs aussi variées de rapport d'aspect peuvent être obtenues avec des canaux de toute largeur, notamment de 100 m, de 20 l0 m oude1 m. Le procédé de l'invention donne accès à des dispositifs dotés d'une grande résolution. On peut quantifier la résolution de ces dispositifs par la plus petite largeur d'un motif, tel qu'une protubérance, qui peut être intégré dans le dispositif. Selon le procédé de l'invention on peut obtenir une résolution de l'ordre de 100nm. 25 Le dispositif de l'invention est destiné à être utilisé tel quel, à l'aide de connectiques appropriées ou il peut être intégré dans un système microfluidique complet. Le système microfluidique, outre un ou plusieurs dispositifs selon l'invention peut comporter les éléments suivants : des pompes destinées à introduire et faire circuler des fluides dans le système, des équipements de détection de signaux, des 30 équipements destinés à faire varier les conditions environnementales des fluides (température, rayonnements), des équipements destinés à contrôler la circulation dans le dispositif (valves) des systèmes de contrôle des données (ordinateur ...). 2903679 15 Les dispositifs de l'invention peuvent être utilisés dans toutes sortes d'applications, notamment pour faire du criblage haut débit et haut contenu de réactifs : En chimie, où ils sont particulièrement utiles en raison de leur résistance à de multiples solvants, ils peuvent être utilisés pour faire des réactions, notamment pour 5 mettre en oeuvre des procédés de chimie combinatoire, des séparations, des extractions liquide-liquide. Ils permettent d'effectuer des tests de cristallisation et de solubilisation de molécules/particules minérales ou organiques. Ils offrent la possibilité de synthétiser et de transporter des molécules organiques mais aussi des micro ou des nano particules organiques, minérales ou 10 métalliques in situ (comme des latex ou des pigments colorés pour la cosmétique ou la peinture jusqu'à des nano particules fluorescentes). D'une façon générale, une application importante est la mise en oeuvre de protocoles d'aide à la formulation (optimisation de mélanges chimiques pour accéder à une propriété physique et ou chimique donnée). 15 Ils peuvent être utilisés pour la construction de puces à ADN et de puces à protéines. En biologie, où leur compatibilité avec l'eau permet de faire des cultures de cellules et de faire des tests sur des cellules à l'intérieur d'un dispositif de l'invention. Le choix d'un couvercle en un matériau perméable aux gaz permet de conserver des 20 cultures de cellules dans un dispositif de l'invention. Les dispositifs de l'invention peuvent être utilisés pour l'étude des fluides, en particulier des propriétés rhéologiques des fluides, en particulier grâce aux propriétés de résistance à la pression de ces dispositifs. Ces dispositifs peuvent en outre être utilisés pour la construction de capteurs rhéologiques notamment concernant : les 25 produits extraits/utilisés dans l'exploitation des gisements pétroliers (brut, fluides de forage, boues), les peintures, les crèmes cosmétiques ou encore les formulation alimentaires (contrôle qualité). Ces dispositifs peuvent être utilisés pour engendrer des émulsions monodisperses : Des réactifs peuvent être conditionnés dans des gouttes qui agissent ainsi 30 comme des microréacteurs. Des conditions de réaction différentes peuvent ainsi être testées à très haut débit. On peut aussi tester la réactivité en goutte : de polymères, de cellules, et de tous types de réactifs. 2903679 16 Les dispositifs de l'invention ayant si on le souhaite une structure de faible épaisseur il est facile d'y contrôler la température. La possibilité d'avoir une base et/ou un couvercle en verre permet un contrôle visuel du dispositif. 5 La possibilité de faire des réactions dans des microvolumes telles que des gouttes permet de faire des études cinétiques de réactions. La résistance aux solvants et à l'eau de ces dispositifs permet, quelle que soit l'application qui en est faite, de laver le dispositif efficacement après chaque utilisation de façon à pouvoir le réutiliser plusieurs fois. 10 Selon une autre variante, on peut prévoir de fabriquer par le procédé de l'invention des dispositifs dépourvus de couvercles. De tels dispositifs peuvent être utilisés comme des plaques micropuits dont la configuration est adaptée en fonction des essais que l'on souhaite y réaliser. Un timbre en élastomère, notamment en PDMS est conçu et imprimé de 15 façon à avoir le profil complémentaire de la plaque que l'on souhaite obtenir. Des protubérances sont créées dans le profil du timbre là où l'on souhaite obtenir des micropuits ou des canaux. Puis on applique le procédé représenté sur la figure 1 pour aboutir à une plaque micropuits telle qu'illustrée sur les figures IOA (vue de la face supérieure) et 10B (vue de coupe de côté) : 20 Sur un support (12) constitué d'une plaque de verre on a placé une résine photopolymérisable et/ou photoréticulable (13) liquide, transparente par le procédé de l'invention, cette résine ayant été polymérisée et/ou réticulée sous un timbre (non représenté) dont l'empreinte définit des micropuits (14). Des canaux de circulation des fluides peuvent également être prévus pour 25 permettre la circulation des fluides entre les micropuits. Exemple 1 : Dispositif microfluidique pour l'étude de la rhéologie de fluides complexes Contexte : La rhéologie (i.e. le comportement des fluides sous écoulement) est 30 habituellement caractérisée à l'aide de rhéomètres qui sont des équipements coûteux et lourds de mise en oeuvre. Pour certaines applications (caractérisations in situ de fluides pétroliers par exemple), il est nécessaire de disposer d'une méthode de caractérisation plus simple de mise en oeuvre. Il est

également parfois nécessaire d'avoir accès au profil de 2903679 17 vitesse pour mettre en évidence des hétérogénéités dans l'écoulement. Une caractérisation globale ne peut mettre en évidence ce type de phénomènes. Principe : Un dispositif conforme à l'invention est illustré sur la figure 1 l : La base 5 (11.2) est constituée d'une lamelle de verre de 170 m d'épaisseur. Le couvercle (11.7) est une lame de verre de 1 mm d'épaisseur percée d'orifices d'entrée (11.9a) et de sortie (11.9b) de fluide. Ces orifices sont aménagés à l'aide de connectiques (non représentés) conformément au dispositif de la figure 4. Les parties latérales (11.4) en résine photopolymérisable NOA81 définissent un canal (11.6) dans lequel peut circuler un fluide.

10 Un écoulement du fluide (représenté par les flèches ù-) est réalisé dans un micro canal (11.6) soit en contrôlant la différence de pression entre l'entrée (11.9a) et la sortie (11.9b) soit en imposant un débit à partir d'un pousse seringue. Si le débit est imposé, la pression d'entrée est mesurée à l'aide d'un capteur de pression (non représenté) disposé sur la connectique d'injection. Des micro canaux (11.6) de fort rapport d'aspect, 15 épaisseur : 10 m, largeur : 100 m, sont utilisés afin de faciliter le traitement quantitatif des données. Le profil de vitesse du fluide est mesuré sous écoulement à l'aide d'une technique de micro PIV (Vélocimétrie d'Image de Particules). Des colloïdes fluorescents (utilisés comme traceurs) sont incorporés dans le fluide d'étude. A l'aide d'un objectif de 20 microscope (22) à immersion à huile (21) de fort grossissement et de forte ouverture numérique, on mesure la vitesse de déplacement des traceurs dans le plan focal (épaisseur 1 micron) à une altitude z fixée dans l'épaisseur du micro canal. Le plan focal est alors déplacé par pas de quelques centaines de nanomètres à l'aide d'un dispositif piézoélectrique (23) sur lequel est placé l'objectif (22) de microscope. On peut ainsi 25 reconstituer le profil de vitesse vx(z). La connaissance du profil de vitesse et du gradient de pression permet de tirer des données quantitatives sur le comportement rhéologique du fluide étudié. Choix du dispositif : - La base utilisée ici est une lamelle de verre (11.2) d'épaisseur 170 m.

30 L'utilisation d'un objectif de microscopie à immersion requiert l'utilisation de cette base particulière. - Le couvercle choisi est ici une lame de verre (11.7) d'épaisseur 1 mm. L'utilisation de ce matériau transparent est adaptée aux observations optiques en 2903679 18 transmission (biréfringence, lignes d'écoulement...). On aurait également pu utiliser une lamelle de verre d'épaisseur plus fine pour un meilleur contrôle thermique. - La résine photopolymérisable est ici une colle optique commerciale (Norland Optical Adhesive, NOA81). La motivation pour l'emploi de ce type de matériau 5 est triple : . collage des différentes parties résistant aux hautes pressions, . fort module élastique du matériau qui se déforme peu sous la pression, . propriétés optiques excellentes pour la visualisation des colloïdes 10 fluorescents, . résistance chimique permettant l'étude de différents fluides. Avantages : L'utilisation de dispositifs microfluidiques fabriqués grâce à la technique décrite ci-dessus présente plusieurs avantages par rapport à des dispositifs PDMS fabriqués 15 par une technique de lithographie molle : - Possibilité d'étudier l'écoulement de fluides très visqueux (10 000 fois plus visqueux que l'eau). Le collage mis en jeu peut résister à la pression engendrée par l'écoulement de tels types de fluide (plusieurs bars). - L'utilisation de dispositifs fabriqués dans des matériaux rigides (verre ù 20 NOA81) permet de diminuer considérablement les temps d'établissement de l'écoulement. L'élasticité des matériaux élastomères, en particulier le PDMS, conduit à des temps de mise à l'équilibre qui peuvent être très longs (plusieurs heures) lorsque l'on travaille avec des fluides visqueux. - D'autre part, le système microfluidique rigide assure d'avoir une 25 section constante le long du micro canal, ce qui n'est pas réalisable dans des systèmes PDMS. En effet lorsque la pression de travail dépasse 200 mbar, le micro canal gonfle sous l'effet de la pression. Comme il existe un gradient de pression le long du micro canal, la section évolue elle aussi le long du canal, ce qui peut être rédhibitoire pour certaines applications. 30 - L'utilisation de matériaux avec de bonnes propriétés optiques permet l'utilisation de technologies optiques (PIV, fluorescence, biréfringence...) - La gamme de fluides étudiés est étendue par l'utilisation de matériaux chimiquement plus résistants que le PDMS (fluides pétroliers). 2903679 19 - La technique de fabrication décrite permet également de mettre en oeuvre des canaux microfluidiques de rapport d'aspect élevé. Exemple 2 : Dispositifs microfluidiques pour la culture, l'observation et l'étude des cellules vivantes 5 Introduction : De plus en plus de travaux portant sur l'étude du fonctionnement de cellules vivantes ou de neurones vivants, un contrôle précis de l'environnement (composition du milieu, température, position des cellules) est primordial. Dans le cadre de la biologie systématique, qui a pour but de modéliser les systèmes biologiques, seul un 10 contrôle fin des paramètres de l'expérience permet de générer des données expérimentales exploitables car souvent, la variabilité induite par les éléments environnant le système biologique d'intérêt (cellule, neurone, bactérie, etc.) est le sujet d'intérêt. Par ailleurs, le recours à la physique statistique pour modéliser les systèmes biologiques nécessite un grand nombre de données afin de pouvoir accéder aux fluctuations du système et aux 15 moyennes d'ensemble (sur une population cellulaire par exemple). De ce fait la microfluidique qui permet de contrôler de façon automatisée l'environnement d'une ou plusieurs cellules à l'intérieur d'un dispositif microfluidique devient un élément incontournable de ce type d'études. Problématique : 20 Les dispositifs microfluidiques dédiés à l'étude de cellules vivantes sont pour l'instant tous conçus de façon à cultiver les cellules vivantes à l'intérieur du dispositif microfluidique (canal ou chambre). La culture cellulaire étant souvent (particulièrement dans le cas des neurones) très délicate, sa réalisation dans un environnement microfluidique n'est pas sans poser de problèmes tels que l'incompatibilité entre les 25 matériaux utilisés et les conditions de culture, la biocompatibilité des matériaux etc. Par ailleurs, afin de pouvoir procéder aux mesures d'intérêt, le dispositif microfluidique doit présenter des propriétés optiques (transmission de la lumière, non fluorescent, fin) contraignantes. Dans le cadre de cette invention nous proposons une solution simple et 30 novatrice. Principe : Les systèmes microfluidiques décris ci-dessus possèdent de très bonnes qualités optiques. Tout particulièrement la finesse du dispositif permet une observation à 2903679 20 l'aide d'objectifs de microscopie à très faible distance de travail et limite considérablement l'autofluorescence (toujours présente et surtout dans le PDMS) du dispositif. Le collage du système microfluidique peut être réalisé en milieu aqueux. On a donc réalisé ce collage dans le milieu de culture des cellules et on a collé le dispositif 5 microfluidique sur une culture cellulaire déjà existante. Une culture cellulaire vivante (24) sur un support (12.2) constitué d'une lame ou une lamelle fine de verre, recouvert d'une matrice extracellulaire (par exemple polylysine ou polyalanine) est placée dans un récipient (12.3) contenant du milieu de culture (25). Un dispositif comportant un couvercle (12.7) percé d'orifices (12.9) et fixé à 10 des parties latérales (12.4) en résine NOA81 est pressé sur la culture cellulaire. L'ensemble constitué du couvercle (12.7), des parties latérales (12.4) et du support (12.2) définit un canal ou une chambre microfluidique (12.6) fabriqué selon le principe décrit ci-dessus. Les cellules qui sont hors du canal sont écrasées. Cette étape peut être réalisée dans une presse (non représentée). L'ensemble est placé sous UV (ou visible ou IR) afin d'assurer le 15 collage des parties latérales (12.4) avec le support de culture (12.2). A chaque instant de l'opération, la culture cellulaire (24) est immergée dans du milieu de culture (25). Avantages : Avant de recouvrir la structure cellulaire des canaux ou chambre microfluidiques, il est possible de réaliser un ou plusieurs marquages fluorescents des 20 cellules (immunomarquage, transfection etc.). Ce type de marquage nécessite en général plusieurs étapes et plusieurs réactifs, il est donc délicat de les réaliser dans un environnement microfluidique. Par ce procédé nous nous affranchissons de cette difficulté. Les propriétés optiques des systèmes microfluidiques selon l'invention permettent de mettre en oeuvre un grand nombre de techniques d'imagerie de fluorescence 25 sur les cellules confinées (TIRFM, FRAP, FCS). A l'aide d'un réseau de canaux approprié il est possible d'appliquer sur la culture cellulaire un grand nombre de conditions contrôlées, de les soumettre à un gradient de concentration d'une molécule afin d'étudier la réponse dose dépendante des cellules. Bilan des avantages apportés par cette invention : 30 - Faible temps de fabrication : Une fois le tampon d'élastomère, notamment de PDMS obtenu (qui peut contenir l'empreinte de plusieurs dispositifs) les systèmes prêts à utilisation sont réalisés en quelques minutes. La mise en oeuvre du procédé est d'une grande simplicité et ne nécessite aucun autre investissement qu'une 2903679 21 source d'éclairage intense dans les longueurs d'ondes U.V. (ou I.R. ou visible suivant la résine choisie). -Résolution spatiale : Le cliché obtenu par microscopie électronique et représenté en figure 8 montre la surface d'une résine photoréticulable NOA81 obtenue par 5 réplication d'un réseau optique blazé (la distance entre deux lignes est de 830 nm). Des études récentes sur les techniques d'imprint assisté par U.V. ont montré la possibilité de réduire la résolution spatiale des motifs répliqués à quelques dizaines de nanomètres. - Résistance chimique : Matériau résine NOA81, NOA60 Norland optics. Nous avons pu contrôler des écoulement de liquides aqueux et organiques variés pour 10 certains impossibles à manipuler dans les dispositifs les plus standards adaptés au prototypage rapide (matériau PDMS) : toluène, bromopropane, n-heptane, éthanol, tétradécane, huile de silicone, mélanges eau surfactants, hexadécane, décaline. - Faible dimensionnement : Le très faible volume du dispositif complet offre la possibilité d'imposer de rapides variations spatiales et temporelles de température 15 dans les fluides transportés. - Résistance mécanique : Dans des canaux de géométrie linéaire (largeur 200 microns, hauteur 50 microns) nous avons pu appliquer des pressions supérieures à la dizaine de bar sans détériorer les dispositifs. Par ailleurs, le graphique représenté sur la figure 9 compare les performances de deux canaux microfluidiques, l'un obtenu par le 20 procédé de l'invention, l'autre par les méthodes de lithographie douce standard. La réponse hydrodynamique est nettement améliorée par l'absence de déformation des canaux en résine photoréticulable. La résistance mécanique des résines photopolymérisables permet d'accéder à des structures de petites tailles et de grand rapport d'aspect difficiles à obtenir et/ou difficiles à employer sous pression, dans des dispositifs en élastomères souples. 25 - Qualité optique : L'emploi de colle pour l'optique comme matériau de fabrication et la possibilité de collage sur verre garantissent d'excellentes qualités optiques pour les dispositifs. - Collage en milieu aqueux : Un autre atout majeur de l'invention tient dans la possibilité de construire des dispositifs microfluidiques en milieu aqueux. Cette 30 possibilité offre des potentialités inaccessibles aujourd'hui pour les applications biotechnologiques. Pour illustrer ce point important nous avons construit des chambres de cultures cellulaires de quelques dizaines de microns d'épaisseur.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape dans laquelle on utilise un timbre (1) en un matériau élastomérique pour imprimer une résine (4) liquide d'un polymère photoréticulable et/ou photopolymérisable placée sur un support (2, 3).

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de photo-irradiation de la résine (4) au travers du timbre (1) pour former une base profilée.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la résine photoréticulable (4) est choisie parmi les résines photoréticulables habituellement utilisées comme adhésifs, colles ou revêtement de surface, préférentiellement dans le domaine optique.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine photoréticulable (4) est choisie parmi les résines à base de monomères/comonomères/pré-polymères de type époxy, époxysilane, acrylate, méthacrylate, acide acrylique, acide méthacrylique, les résines thiolène, polyuréthane, uréthane-acrylate, les gels de polyacrylamide qui sont liquides à la température ambiante.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la polymérisation et/ou la réticulation de la résine (4) est faite par photoactivation à l'aide d'une irradiation par des rayonnements ultra violets, visibles ou infra-rouges.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le timbre (1) en matériau élastomère est en polydiméthylsiloxane.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape au cours de laquelle on place un couvercle sur la base profilée et on irradie le dispositif base profilée + couvercle de façon à sceller le dispositif.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour la fabrication d'un dispositif microfluidique comportant au moins une base (2), au moins deux parties latérales (4') définissant un canal (6), ce procédé étant caractérisé en ce que : i- un timbre (1) en matériau élastomère comportant un profil (1 a) complémentaire de celui du dispositif microfluidique est utilisé comme moule, 2903679 23 ii- une base (2) constituée d'une plaque en matériau solide, susceptible de réagir avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable est placée à distance du timbre (1) en élastomère, et parallèlement au timbre (1), iii- on dépose sur la base (2) de la résine photoréticulable et/ou 5 photopolymérisable (4) sous forme liquide en quantité appropriée, iv- on place le timbre (1) sur la base (2) en appliquant une pression (P) au timbre, la résine liquide vient se placer dans les zones creuses (1 c) du timbre en élastomère, v- on irradie la résine (4) dans l'axe perpendiculaire à la base (2) du 10 dispositif, au travers du timbre (1) à l'aide de rayonnements appropriés pour obtenir sa polymérisation et/ou sa réticulation, vi- le timbre (1) est ôté du dispositif.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la base (2) est constituée d'une plaque en matériau choisi parmi du verre, du silicium, un film de 15 polymère solide, un métal, un alliage conducteur ou semi-conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la base (2) est posée sur un support (3).

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, de 20 fabrication d'un dispositif microfluidique comportant en outre un couvercle (7), caractérisé en ce que: - l'irradiation de l'étape v- est dosée de façon à laisser en superficie supérieure des parties latérales (4'), en résine, des sites de polymérisation et/ou de réticulation actifs, 25 - le couvercle (7) est placé au contact de l'ensemble constitué du support (3), de la base (2) et des parties latérales (4') de façon à fermer le dispositif, - l'ensemble est placé dans une presse (8) et traité par irradiations de façon à fixer le couvercle (7) aux parties latérales (4') par polymérisation et/ou de réticulation, 30 - l'ensemble est retiré de la presse (8).

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la photopolymérisation et/ou photoréticulation sous presse est effectuée en milieu aqueux. 2903679 24

13. Procédé selon la revendication 1l ou la revendication 12, caractérisé en ce que le couvercle est en un matériau choisi parmi : du verre, du silicium, un film de polymère solide, un métal, un alliage conducteur ou semi-conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère. 5

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, de fabrication d'un dispositif microfluidique comportant un réseau de canaux tridimentionnel, caractérisé en ce que : - une plaque (3) en matériau élastomérique est utilisée comme support - une résine (4) photopolymérisable et/ou photoréticulable sous forme 10 liquide est déposée directement sur la plaque (3), - un timbre (1) en matériau élastomérique est appliqué sur l'ensemble support (3) + résine (4), - la résine (4) est photo-irradiée au travers du timbre (1) de façon à former les parties latérales (4') du dispositif formant un premier motif (6),

15 - le timbre (1) est ensuite ôté, - on obtient le dispositif (11) comportant deux parties latérales (4') en résine et un support (3) en élastomère, définissant un motif (6) ouvert dans sa partie supérieure, la même séquence d'opérations est répétée de façon à former les parties 20 latérales d'un second dispositif, - les deux dispositifs sont posés l'un sur l'autre, - l'ensemble est irradié de façon à fixer ensemble les deux dispositifs par leurs parties latérales. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le réseau est 25 fixé sur une base et fermé par un couvercle par photo-irradiation du dispositif maintenu sous pression.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, de fabrication d'un dispositif microfluidique en résine (4) photoréticulable et/ou photopolymérisable, caractérisé en ce que : 30 i- un timbre (1) en matériau élastomère comportant un profil (1 a) complémentaire de celui du dispositif microfluidique est utilisé comme moule, 2903679 25 ii- un support (3) constituée d'une plaque en un matériau solide, qui n'est pas susceptible de réagir avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable est placé à distance du timbre (1) en élastomère, et parallèlement au timbre (1), iii- on dépose sur le support (3) de la résine photoréticulable et/ou 5 photopolymérisable (4) sous forme liquide en quantité appropriée, iv- on place le timbre (1) sur le support (3) en appliquant une pression (P) au timbre, sans que celui-ci ne vienne au contact du support (3) v- on irradie la résine (4) dans l'axe perpendiculaire au support (3) du dispositif, au travers du timbre (1) à l'aide de rayonnements appropriés pour obtenir sa 10 polymérisation et/ou sa réticulation, vi- le timbre (1) est ôté du dispositif.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le support (3) est doté d'un profil (3b) qui est également imprimé dans la résine (4).

18. Dispositif microfluidique susceptible d'être obtenu par le procédé 15 selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 comportant : - au moins une base (2) constituée d'une plaque d'un matériau rigide, - au moins deux parties latérales (4') en résine photopolymérisée et/ou photoréticulée non élastomérique non thermoplastique définissant avec la base (2) au moins un canal (6) ; 20 - au moins un couvercle (7) parallèle à la base, fixé sur les parties latérales (4') fermant le canal (6) dans sa partie supérieure, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'épaisseur du canal est inférieure ou égale à 300 m. 21. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que la largeur 25 du canal est inférieure ou égale à 100 m. 22. Dispositif selon la revendication 18 ou la revendication 19, caractérisé en ce que le rapport d'aspect est compris entre 0,1 : 1 et 10 : 1. 23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, caractérisé en ce que la base (2) est en un matériau choisi parmi : du verre ou du silicium, 30 un polymère photoréticulé non élastomérique, un métal, un alliage conducteur ou semi conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère. 24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, caractérisé en ce que le couvercle (7) est en un matériau choisi pailni : du verre ou du 2903679 26 silicium, un polymère photoréticulé non élastomérique, un métal, un alliage conducteur ou semi conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère. 23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 22, caractérisé en ce que l'épaisseur du canal (6) est inférieure ou égale à 200 m, 5 préférentiellement inférieure ou égale à 100 m, avantageusement inférieure ou égale à 100 nm, encore plus avantageusement inférieure ou égale à 50 nm. 24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 23, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ou plusieurs éléments de connexion (10). 25. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'élément 10 de connexion (10) est inséré dans un orifice (9) du couvercle (7) et fixé de façon étanche dans cet orifice à l'aide de la résine photopolymérisée et/ou photoréticulée, qu'il est traversé verticalement par un canal (l0a) qui permet l'injection ou la récupération de fluides dans le canal (6) du dispositif. 26. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 25, 15 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément choisi parmi : une chambre de réaction, une chambre de mélange, une zone de séparation. 27. Système microfluidique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 18 à 26 et au moins I'un des éléments suivants : une pompe, un équipement de détection de signaux, un 20 équipement destinés à faire varier Ies conditions environnementales des fluides, un équipement destiné à contrôler la circulation dans le dispositif, un système de contrôle des données. 28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 de fabrication d'une plaque micropuits, caractérisé en ce que : - un timbre en élastomère, est conçu et imprimé de façon à avoir le profil complémentaire de la plaque, - sur un support (12) constitué d'une plaque de verre on place une résine photopolymérisable et/ou photoréticulable (13) liquide transparente, - le timbre est placé au contact du support, - l'ensemble est irradié de façon à polymériser et/ou réticuler la résine - le timbre est ôté. 25 30 2903679 27 29. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 26, pour mettre en oeuvre des procédés de chimie combinatoire. 30. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 26, pour mettre en oeuvre un protocole d'aide à la formulation. 5 31. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 26, pour faire du criblage haut débit et haut contenu de réactifs. 32. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 26, pour l'étude des fluides, en particulier des propriétés rhéologiques des fluides. 33. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 18 à 26, pour la culture, l'observation et l'étude des cellules vivantes. 34. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 26, pour la construction de puces à ADN ou de puces à protéines.