FR2951153A1 - Dispositif microfluidique - Google Patents

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Pierre Brunello
Willard Ashton Cutler
Paul Delautre
Sylvain Maxime Gremetz
Ionel Lazer
Olivier Lobet
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Corning Inc
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Abstract

L'invention concerne un dispositif microfluidique. Ce dispositif microfluidique inclut au moins un module microfluidique en verre, céramique ou vitrocéramique (20) ayant une forme sensiblement plane définissant généralement quatre bords relativement minces et deux faces opposées relativement grandes (22, 24), chaque module microfluidique (20) incluant au moins un canal microfluidique définissant au moins en partie une microchambre ; au moins une entrée microfluidique et au moins une sortie fluidique; et chaque entrée microfluidique (50) et chaque sortie microfluidique (60) dudit module microfluidique étant interconnectées de manière étanche avec un conduit de fluide (120) par un connecteur de maintien étanche (90) comprenant au moins un moyen ou structure de serrage (95, 97), caractérisé en ce que ledit au moins un moyen ou structure de serrage (95, 97) comprend une articulation (150) comprenant un élément de forme sphérique et un élément en forme de coupelle. L'invention procure l'avantage de permettre l'utilisation de plaques de modules microfluidiques ayant des surfaces qui ne sont pas parfaitement planes.

Description

L'invention concerne un dispositif microfluidique..
ETAT DE LA TECHNIQUE Différents procédés et différentes structures ont été proposés pour être utilisés dans le montage et la connexion de/ou l'interconnexion de dispositifs microfluidiques, incluant des dispositifs microfluidiques en verre, en vitrocéramique et en céramique. Les procédés existants incluent l'empilement de modules microfluidiques directement les uns contre les autres avec des moyens d'étanchéité ou coupleurs positionnés entre eux, la fixation d'un coupleur fluide métallique ou en polymère au dispositif au moyen d'un adhésif ou analogue et la compression d'un connecteur à orifices multiples avec de multiples moyens d'étanchéité par compression contre les modules pour former le dispositif microfluidique. Ces dispositifs microfluidiques peuvent être utilisés pour une réaction chimique, pour le traitement, l'analyse et la collecte d'échantillons. Concernant les réactions chimiques, ces dispositifs micro-fluidiques sont appelés microréacteurs. Un exemple de référence de l'état de la technique est EP-1 679 115. Ce document décrit un microréacteur à haute performance ayant un agencement multicouche, composé d'une couche de réaction où deux réactifs peuvent être mélangés et de deux couches d'échange de chaleur, « prenant en sandwich » la couche de réaction, qui sont destinées à garantir une bonne utilisation de la chaleur.
Un module microfluidique en verre est percé sur les faces postérieure et antérieure pour pratiquer des entrées pour les réactifs et lime sorte dour le nrodiilt- al ic-,S1 une ntirni'' et tne sortie po Huide Thermique utilise pour assurer regulation Thermique du ililcroreerteriri qui circule dans des couches d'échange de chaleur H est également décrit dans EP-I 854 543 Al un systém Je eniieeen -pérlfldue utilise pour assurer H initridenneerin n ?s Huai hrndic lf'H ,«,r f"E? kif (1('c, ,,torrIPc 1 Ilt-1,HrIt,, )47 B2 décrit un clisnositif pour le traiteur alvsp nfilInne De plus, WO 02/064247=EP-1 360 000 décrit un dispositif pour connecter des microcomposants, en particulier des microréacteurs, de préférence configuré sous forme d'une plaque et constitué de préférence par du silicium. Une plaque d'étanchéité, disposée entre les micro-composants, est munie d'ouvertures qui correspondent à des ouvertures des microcomposants. Un dispositif microfluidique et un procédé pour le fabriquer sont décrits aussi dans une demande de brevet antérieure de la demanderesse US 2003/0 192 587 Al. 10 OBJECTIFS DE L'INVENTION Un objectif principal de l'invention est de résoudre le nouveau problème technique de permettre l'utilisation de procédés de fabrication moins coûteux avec de moindres contraintes sur la planéité de pièces en 15 verre, en céramique ou en vitrocéramique pour des modules micro-fluidiques ayant une forme sensiblement plane. Un autre objectif principal de l'invention est de résoudre le problème technique de fournir une solution permettant de modifier le volume, d'augmenter le volume de traitement, de réduire la perte de 20 charge dans le circuit de traitement, par un nouveau concept d'empilement de plusieurs modules microfluidiques en verre, tout en assurant une étanchéité fiable entre les modules empilés. La présente invention a comme autre objectif principal de résoudre le problème technique d'améliorer la compacité de l'empilement 25 de plusieurs modules microfluidiques en verre, de réduire le nombre connexions et de raccords pour limiter les risques de fuites i)aiement, un autre ot~iectif DrIrICIpal de i invontinn ,0udre les pmblemes techniques ei dessus i~al une solution dui soit pie, fiable, qui n'augmente pas les coûts par rapport aux procédés de -30 !état de la technique du merde qui réduit !es coûts de fabrication, en nermettanr nne oductide ri Le( helie Indlistrielie t-injiii,irint ,nilltinri 3lJ» devrait aussi permettre une de iiiiessi ncernant tout type de iit-Pmeint ni il nniirril- nfliiidinlipc ni 3 RESUME DE L'INVENTION Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif microfluidique incluant au moins un module microfluidique en verre, en céramique ou en vitrocéramique ayant une forme sensiblement plane définissant généralement quatre bords relativement minces et deux faces opposées relativement grandes, chaque module microfluidique incluant au 10 moins un canal microfluidique définissant au moins en partie une microchambre ; au moins une entrée microfluidique et au moins une sortie microfluidique ; et chaque entrée microfluidique et chaque sortie microfluidique dudit module microfluidique étant interconnectées de manière étanche avec un conduit de fluide par un connecteur de maintien 15 étanche comprenant au moins un moyen ou structure de serrage, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de serrage comprend une articulation comprenant un élément de forme sphérique et un élément en forme de coupelle. En d'autres termes, l'invention vise une articulation de type à rotule. 20 Selon un premier mode de réalisation, le dispositif microfluidique est caractérisé en outre en ce que ledit au moins un moyen de serrage est muni d'un moyen ou une structure anti-déformation radiale. Selon une caractéristique spécifique, le moyen anti-déformation 25 radiale comprend au moins un anneau métallique. Selon une autre caractéristique spécifique, l'élément forme sphenque est confiai ire pOUr Pr Vil( ir et soutenir ledit -no déformation radiale_ Selon un troisieme mode de réalisation, le dispositif nTcro-30 fluidique comprend moins deux modules mierofluidiques empilés ~t finissais au moins !une Série et x 1E7) avpcmodules microfluidiques successifs mn] lit de 1'mi:1e par ai sage et une parti Selon une caractéristique particulière, le module microfluidique pourrait être fabriqué en un métal ou un alliage, par exemple tels que décrits ci-après. Selon une caractéristique particulière, au moins l'un desdits 5 premier et second bras latéraux est mobile en translation par rapport à ladite partie de liaison principale. Selon une caractéristique particulière de l'invention, brevetable en elle-même, ledit dispositif microfluidique inclut en outre entre deux modules microfluidiques successifs une plaque de connexion étanche 10 intermédiaire munie d'ouvertures traversantes adaptées pour coïncider avec des entrées fluidiques adjacentes et des sorties fluidiques adjacentes, ladite plaque de connexion comprenant en outre des moyens ou structures d'étanchéité sur lesdites ouvertures traversantes. Selon une autre caractéristique particulière, l'invention prévoit 15 au moins un moyen ou pour injecter ou extraire au moins un fluide à un endroit approprié de l'empilage, par exemple sur au moins un bord latéral d'une plaque de connexion étanche intermédiaire pour l'injection d'au moins un réactif fluide complémentaire (R) en communication avec le microcanal de traitement, ou pour extraire une partie du fluide. 20 Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, les modules microfluidique présentent des entrées et des sorties opposées et alignées. Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, les modules microfluidique présentent une configuration de 25 connexion dans laquelle les entrées et sorties sont opposées et décalées, en ayant également des entrées et sorties opposées décalées correSDOndanteS de_s nlaques de Çnnnexinn ntancho intermédiaire Selon un mode de réalisation particulier, les modules micro-fluidiques comprennent des couches spécifiques pour l'échange thermique 30 de chaque côté de la touche de traitement « prise en sandwich", chaque module microfluidigue étant muni de deux fluide thermique ~[~r~c sees [fit le dE erhuç de 1'11 1r1e rherrniqi Ire ~pmu . _o ar ''Je la che de tr ent est rr pie d'au moins entrée de charge et d'au mnin 1011 un cre ae realisation particulier, égc vent brer e en lui-n .e plaque de r 'ne,.r~~ , comprend, sur au moins l'un desdits bords, des premiers moyens ou structure d'alignement conçus pour coopérer avec des seconds moyens ou structure d'alignement prévus sur un bord correspondant dudit connecteur de maintien, pour assurer ainsi un alignement approprié et aisé desdits modules microfluidiques. Selon une autre caractéristique particulière, les parties de connexion comprenant l'articulation à rotule, ainsi que les plaques de connexion étanches intermédiaires peuvent être constituées par une matière chimiquement résistante choisie parmi une matière plastique, qui peut être choisie typiquement parmi une matière de type PTFE, PFA ou PEEK ; ou parmi un métal ou alliage qui peut être choisi typiquement parmi le titane, le tantale ou des parties constituées par un alliage comme l'hastelloy, ou des alliages de titane, des alliages de tantale, etc. L'invention concerne aussi l'utilisation du dispositif micro- fluidique pour réaliser des réactions chimiques, des prélèvements d'échantillons, des analyses, etc. Ainsi l'invention vise l'utilisation du dispositif microfluidique pour réaliser un procédé qui comprend le mélange, la séparation, l'extraction, la cristallisation, la précipitation ou un autre traitement de fluides ou de mélanges de fluides, incluant des mélanges multiphases de fluides, et incluant des fluides ou des mélanges de fluides incluant des mélanges multiphases de fluides qui contiennent aussi des solides, dans une microstructure ; le traitement pouvant inclure un procédé physique, une réaction chimique définie comme un procédé qui conduit à l'interconversion d'espèces organiques, inorganiques, ou à la fois organiques et inorganiques, un procédé biochimique, ou toute autre forme de traitement.
DESCRIPTION DES DESSINS La figure I est une vue en trois dimensions d'un dispositif microfluidique comprenant un empilement de plusieurs, ici quatre, nodules microfluidiques en erre cramique ou vitrocéramique munis, dans ed(-., r~rlinti tl n ,~f f~(t a des r-ées et sorties de flu _ ? `-ermique. deux entrées et nier.. ri'i~r~ r nnr +,s : diiltien 90 e reac partie aroite des figures - La figure 2 montre une coupe transversale du dispositif micro-fluidique montrant plus clairement le système de connecteurs permettant l'empilement de plusieurs modules microfluidiques en verre. - La figure 3 est une vue agrandie du connecteur de maintien 90 5 comprenant une structure de mâchoire de serrage. - La figure 4 est une autre vue du connecteur de maintien montrant plus clairement la structure de mâchoire de serrage en l'absence des modules microfluidiques. - La figure 5 est une autre vue du connecteur de maintien, avec 10 une coupe transversale suivant l'axe longitudinal le long duquel la mâchoire de serrage comporte les moyens de serrage montrés en coupe transversale pour une meilleure compréhension de leur structure. - La figure 6 montre une vue en trois dimensions d'une plaque de connexion étanche intermédiaire selon une caractéristique brevetable 15 en elle même de l'invention, munie en outre de moyens d'alignement. - La figure 7 montre, selon une autre caractéristique brevetable en elle-même, un empilement de plusieurs, ici quatre, modules microfluidiques en verre, comprenant des plaques de connexion étanches intermédiaires disposées entre deux modules microfluidique successifs. 20 - La figure 8 montre une coupe transversale d'un module microfluidique individuel, où l'entrée de charge et la sortie de charge sont alignées, et où un canal microfluidique définissant une chambre microfluidique est montré schématiquement. - La figure 9 montre, dans une coupe transversale similaire à la 25 figure selon une vue éclatée pour une meilleure compréhension, un empilement des modules microfluidiques de la figure 8, où des plaques de connexion etanche intermédiaires sont disposées entre deux modules microfluidiques individuels successifs, où la ou les entrées de charge et ia ou les sortes de charge sont alignées. a figure 10 montre, dans une coupe transversale similaire â la liure nu eritre Made de réalisation des 1 de rh froc et là ',nr-t-IC' h,tIP cent lodules miemni Mol - la figure 12 montre, en coupe transversale, une vue conceptuelle de la structure du module microfluidique montrant deux couches de fluide thermique avec leurs canaux de fluide thermique « prenant en sandwich » la couche de traitement avec son cana de traitement Un premier meilleur mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 1 è 9, 11 et 12. Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif microfluidique 10 incluant au moins un, dans cet exemple quatre modules microfluidiques en verre, céramique ou vitrocéramique, 20 de forme sensiblement plane définissant généralement quatre bords relativement minces 20a, 20b, 20c, 20d et deux faces opposées 22, 24 relativement grandes. le module microfluidique pourrait aussi être fabriqué en un métal ou en un alliage tel que décrit ci-après.
Le ou les modules microfluidiques 20 est/sont monté(s) sur un membre formant cadre 12 comprenant ici également des membres formant cadre 14, 16, 18. Chaque module microfluidique 20 inclut au moins une couche de traitement 38 comprenant au moins un canal microfluidique 30 définissant au moins en partie une microchambre 32 ; au moins une entrée microfluidique 50 et au moins une sortie microfluidique 60 ; voir plus particulièrement, dans une représentation simplifiée en vue d'une compréhension aisée, les figures 8 à 12. Chaque entrée microfluidique 50 et chaque sortie microfluidique 25 60 dudit module microfluidique sont interconnectées de manière étanche avec un conduit de fluide 120 par un connecteur de maintien étanche 90 omorenant au mains un mayen de serrage 95 97 Selon rinvenunn, ie dispositif microfluidique est c ricterp3e en que ledit au moins un moyen de serrage 95, 97 comprend une 10 ,articulation 150 comprenant un élément de forme sphérique 160 et un , Iement en ferme de our e 1 Cette er-ficUtInn 1L50 con titue ainsi Jin iVf)(' art-Jr Illah6ri 5 fuit, Inn un mor stil uns suies mieronuicilques em quatre ssant au une ici de d Jeux n microfluïdiques successifs interconnectés de manière étanche avec un conduit de fluide 120 par au moins un connecteur de maintien 90 qui comprend une mâchoire de serrage, ici sensiblement en forme de C, définissant un premier bras latéral 94 avec un premier moyen de serrage 95, un second bras latéral 96 avec un second moyen de serrage 97 et une partie de liaison principale 92. Ceci représente une structure d'empilement très simple, particulièrement non évidente pour un homme de l'art. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins l'un desdits premier et second bras latéraux 94, 96 est mobile en translation par rapport à ladite partie de connexion principale, comme le montrent les figures 1 à 5. Comme le montre la figure 12, chaque module microfluidique comprend pour l'efficacité de la régulation de la température dans la microchambre 32 des couches spécifiques 36, 40 pour l'échange thermique avec un fluide régulé en température HF de chaque côté de la couche de traitement 38 « prise en sandwich ». Chaque module microfluidique 20, dans le mode de réalisation montré, est muni d'au moins deux entrées de fluide thermique 42 opposées en communication avec des canaux de fluide thermique 37, 41 eux-mêmes en communication avec deux sorties de fluide thermique 44 opposées. Un passage spécifique 43, 45 est bien entendu prévu pour le passage du fluide thermique HF à travers la couche de traitement 38, ainsi que cela est tout à fait compréhensible pour l'homme du métier. La couche de traitement 38 est munie ici aussi d'au moins une entrée de charge de traitement de fluide 50, pour au moins un réactif fluide A en communication avec le nt-roc-anal de traitement 30 définissant la chambre de traitement Vii? lui-rneme en communication avec au mains une sorte de charge de traitement de fluide 60 pour ia sortie du produit de traitement P, comme le montre la figure 12. Un passage spécifique 47 est bien entendu prévu pour le passage du réactif de fluide A à travers la r ouche d ech Inde t}hermloue 40 et massage spécifique 0 pour oredlait fluide r r frravin rs la rniI hr»rminn0 ainsi est toue ' ompréher s ble pc i inc ai ifrc~ rai moyen ma) i Ir Injecter ou extraire au Ige, par exemp sur au moins un bord latéral d'une plaque de connexion étanche intermédiaire (70) pour l'injection d'un réactif fluide R supplémentaire en communication avec le microcanal de traitement 30, comme le montrent les pointillés sur la figure 12, qui comportera son propre passage 52 à travers la couche d' échange thermique 40. La fabrication des modules microfluidiques 20, incluant la création d'un ou plusieurs canaux microfluidiques 30 appropriés dans les modules microfluidiques 20 et des canaux de fluide thermique 37, 41 dans les couches d'échange thermique 36, 40 est bien connue de l'homme du métier. L'état de la technique cité dans la partie introductive de la présente demande représente différentes manières de réaliser une telle fabrication de canaux microfluidiques. On peut également se référer en particulier à la description complète de FR-2 830 206 81 ou de US 2003/0192587 Al, l'un et l'autre au nom de CORNING Inc.
Selon une première caractéristique selon l'invention, le dispositif microfluidique 10 comporte au moins l'un des premier et second moyens de serrage 95, 97 qui comprend une articulation 150 comprenant elle-même un élément de forme sphérique 160 et un élément en forme de coupelle 170, constitue un type d'articulation à rotule, qui va être décrite en détail dans la suite. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif microfluidique 10 est caractérisé en outre en ce qu'au moins l'un des premier et second moyens de serrage 95, 97 est muni d'un moyen ou structure antidéformation radiale 180.
Selon une caractéristique spécifique, le moyen anti-déformation radiale 180 comprend au moins un anneau métallique 1.82. Selon une autre c arrncteristinur spécifique, un dément rte fr r e uphérique 160 est conformé pour recevoir et soutenir ledit moyen antidéformation radiale 180, Dans un mode de réalisation particulier, ledit 50 élément de forme sphérique 160 peut ctre monobloc pour former une seule Ç11Pre avec redit moyen antl-deformation o.rJiaie 180, '1+Ji lt •r.i oir Olt' forme ann1!~air e~Inn ken autre mode de 4ation, ie snnsïtif micrnfluidinue Intermeaiaire lu, voir les tig'.:' b et ;ert rav, tes 71, 72, 73 adaptée tour coïn er ave 2951153 f0 des entrées fluidiques 50 adjacentes et des sorties fluidiques 60 adjacentes, ladite plaque de connexion comprenant en outre des moyens d'étanchéité 80 sur lesdites ouvertures traversantes 71, clairement montrés sur les coupes transversales des figures 8 à 11. 5 Cette plaque de connexion étanche intermédiaire constitue une invention brevetable en elle-même, décrite plus précisément d-après Selon une caractéristique particulière, ladite plaque de connexion intermédiaire 70 comprend sur au moins l'un (70a) desdits bords 70a, 70b, 70c, 70d des premiers moyens ou structure d'alignement 10 74, voir les figures 6 et 7, adaptés pour coopérer avec des seconds moyens ou structure d'alignement 93, voir les figures 4 et 5, prévus sur un bord correspondant 92a dudit connecteur de maintien 90, pour assurer un alignement approprié aisé desdits modules microfluidiques. Dans ce mode de réalisation présenté à titre d'exemple, les premiers moyens 15 d'alignement 74 comprennent des ergots en saillie à l'extérieur coopérant avec des seconds moyens d'alignement 93 comprenant une rainure 98 pour garantir un alignement approprié quand la série de modules 20 avec leurs plaques de connexion intermédiaires 70 est mise en position entre les bras des connecteurs 90. 20 Les plaques de connexion peuvent avoir en particulier une partie en saillie latérale et centrale supérieure 76 munie par exemple de deux trous traversants 77, 78 qui coïncident, permettant de maintenir ensemble le dispositif microfluidique défini par la combinaison des modules 20 avec leurs plaques de connexion intermédiaires 70 par insertion de tiges 27 et 25 d'écrous 28 portant des plaques de maintien 29 munies d'un épaulement 29a conçu pour entrer en contact avec le bord latéral supérieur 20a du module 20 respectif, Dans Une 'criante ledit module )0 po errait comprendre aussi une parte en saillie latérale et centrale supérieure correspondante.
Comme le montrent es figures 8 à 1.2, le module microfluidique c!ofl aidique 't) définis'ont < u iinClut Smssns en imite le -anal ~s r n I~arise 'a mirrochamhrn 1J Le flu ; n A, 'Mgr et 12. nui doit être traité dar mirrnchamhrp o ntnn ,+ C le canal mrcrottui 0 )du )ri iioirilr UU C.ridrl) micr 14 ii(i, suivant, ainsi que cela est tout à fait compréhensible pour l'homme du métier. Selon une caractéristique spécifique de l'invention, qui est en elle-même inventive et brevetable, il est prévu une ou des plaques de connexion étanche intermédiaires 70. La ou les plaques de connexion 70 est/sont munie(s) d'une ou plusieurs ouvertures traversantes 71, 72, 73 conçues pour coïncider avec une ou des entrées fluidiques 50 adjacentes et une ou des sorties fluidiques 60 adjacentes. Par exemple, l'ouverture traversante 71 peut être affectée â une entrée et une sortie de réactif tandis que les ouvertures traversantes 72, 73 peuvent être affectées à des entrées et des sorties de fluide thermique. En outre, selon une caractéristique particulière, ladite plaque de connexion 70 comprend en outre des moyens d'étanchéité 80 sur lesdites ouvertures traversantes 71, 72, 73 qui peuvent être mis en place dans des rainures 71a, 71b conçues spécifiquement, voir les figures 9 et 11, pour assurer une étanchéité entre les modules microfluidiques 20. Cette plaque de connexion étanche intermédiaire 70 peut être constituée par une matière plastique qui peut être choisie typiquement parmi une matière PTFE, PFA ou PEEK, ou être réalisée en un métal ou alliage tel que décrits ci-après. Selon le mode de réalisation préféré montré sur les figures 8 et 9, les modules microfluidiques 20 comportent une entrée 50 et une sortie 60 opposées et alignées, ce qui constitue la configuration d'empilement la plus courante.
Selon un autre mode de réalisation montré sur les figures 10 et Ii, il est possible de prévoir une configuration de connexion dans laquelle 7antree 50 et le sortie E60 sont opposées et décalées de sorte qu'il y 5 également une entrée 71e et une sortie %l b opposes et décalées correspondantes sur la plaque de connexion étanche intermédiaire 70, 30 comme le montrent les figures 10 et 11. Ot omprend eue, quand une configuration 'ie(alee S~)Uhciitecc i'litllisation "t -M(110 In (11,51( selon l'in )n pn Ire la p~ Cnnfini riâ T IÂ~ a plaqui rine, ^ 1che interm aire est t rrui irr`' c errent sur ia figure 11, que sur la figure 9, et, dans un tel cas, la partie d'ouverture d'entrée 71a et la partie d'ouverture de sortie 71b sont décalées, tandis que l'ouverture intermédiaire 71 est inclinée, et chaque entrée 71a et chaque sortie 71b sont munies d'un moyen d'étanchéité 80, habituellement un joint torique.
Dans le mode de réalisation montré sur la figure 9, quand il est nécessaire d'introduire un autre fluide ou charge B, par exemple d'introduire ou d'extraire un autre réactif ou un autre produit, par exemple ici une entrée de charge B, il est prévu au moins un moyen ou ouverture d'injection spécifique 82 sur un endroit approprié de l'empilage, par IO exemple sur au moins un bord latéral d'au moins une plaque de connexion étanche intermédiaire 70, qui a alors une plus grande épaisseur, comme le montre la figure 9 sur sa partie droite. On peut aussi prévoir au moins un moyen d'extraction similaire si l'on veut prélever au moins un échantillon de fluide. 15 Ainsi, la ou les plaques de connexion étanche intermédiaires 70 autorisent une bien plus grande souplesse d'emploi, avec une structure simple et réduisant les coûts, pour la fabrication de dispositifs microfluidiques 10 complexes adaptables à un certain nombre d'utilisations industrielles, ainsi que cela est tout à fait compréhensible pour l'homme 20 du métier dans le domaine auquel appartient l'invention. Il est compréhensible pour l'homme du métier que la matière utilisée pour les joints toriques situés dans les évidements prévus dans des rainures est capable de résister à la pression interne. De plus, les joints toriques peuvent être constitués par un 25 polymère qui est conçu pour présenter une grande résistance chimique, comme un élastomère perfluoré tel que Kalrez TM, Chemraz TM ou Perlast TM, La structure de l'articulation a rotule 150 comprenant un élément de forme sphérique 1.60 et un élément en forme de coupelle 30 170ä et son montage sur les bras latéraux 94 et 96, sont maintenant nits plus particulièrement en liaison avec figures Premier hr 54 Lnmpron(l i tarif ait eqrw-^ à la infée bras 94 par uri gissemer- (1E,, 2LIpeiie cures snaniere sur. ire, l'autre qi IOf qui se ronidi le 35 avec une ouverture traversante 158, une partie conique prévue ici pour constituer l'élément en forme de coupelle 170 de l'articulation â rotule 15 La structure d'un élément de forme sphérique 160 de 5 l'articulation 150 est la suivante L'élément de forme sphérique 160 est lié à une partie à épaulement de sortie 122 d'un conduit de fluide 120 qui comprend un orifice traversant central 124 qui se termine par un orifice terminal à embouchure agrandie 125 muni en outre d'un évidement annulaire 126 10 conçu pour recevoir un joint torique 128. La même structure s'applique dans cet exemple de mode de réalisation à tous les conduits de charge 120 pour chaque bras 94, 96, du fait qu'ils sont identiques. L'élément de forme sphérique 160 est formé par la partie inférieure d'une pièce externe 182 qui, ici, est prévue pour constituer un 15 moyen anti-déformation radiale 180. Ladite pièce externe 182 a une structure généralement cylindrique ayant à sa partie inférieure une protubérance dirigée vers l'intérieur constituant l'élément de forme sphérique 102. Cette pièce externe 182 peut être constituée en particulier par un métal ou un alliage, tel que celui cité ci-après, ainsi que cela sera 20 tout à fait compréhensible pour l'homme du métier. Plus généralement, les parties de connexion comprenant l'articulation à rotule 150, ainsi que les plaques de connexion étanche intermédiaires 70 peuvent être constituées par une matière chimiquement résistante choisie parmi une matière plastique, qui peut être choisie 25 typiquement parmi une matière PTFE, PFA ou PEEK ; ou par un métal ou alliage qui peut être choisi typiquement parmi le titane, le tantale ou des dardes constituées par un alliage comme l'hastellnv oi i des alliages de tatane ou de tantale. Entre !'épaulement de sortie a extrémité élargie 1 22 du conduit 30 de fluide -120 et le moyen anti-déformation radiale 180, il est possible de disposer un anneau cvlindrigue intermédiaire 1.84 qui assure un contact dantEJ a.. reatiJTe dP tapa VËarrc 16? mod uid anneau ir pire 184 peut ê constitue par uni ,, ..! (-äre> ent de sortie .e soue! ,i;ur un horizontal spécifique 190 reposant sur la surface interne supérieure de l'élément de forme sphérique 160 et formant ainsi une surface de support pour l'anneau intermédiaire 184. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif micro- fluidique de l'invention, au moins l'un des bras latéraux 94, 96, ici le bras latéral 94, est mobile en translation par rapport à la partie de liaison principale 92. Ceci peut être réalisé d'une manière très simple. Par exemple, le bras latéral 94 comprend deux ouvertures traversantes 130, 140, une ouverture traversante 130 étant conçue pour recevoir une partie plus étroite formant extension de guidage 132 de la partie de liaison principale 92 qui permet de guider le déplacement en translation du bras latéral 94 par rapport à la partie de liaison principale 92. La seconde ouverture traversante 140 est conçue pour recevoir un moyen de vissage 142 qui peut être vissé sur un orifice correspondant prévu dans la partie de liaison principale 92, non représenté ici car il est apparent pour l'homme du métier. II est tout à fait compréhensible qu'avec cette articulation à rotule 150 ayant un élément de forme sphérique 160 et un élément en forme de coupelle 170, il est possible de relier de manière étanche les dispositifs microfluidiques 20, quel que soit le manque éventuel de planéité parfaite des surfaces des modules microfluidiques 20, ce qui autorise moins de contraintes dans la fabrication des pièces en verre, en céramique ou en vitrocéramique. La structure selon l'invention telle qu'elle est décrite ci-dessus en référence aux figures 1 à II permet un bien meilleur empilement, et donc une bien meilleure compacité, qu'un assemblage standard avec des modules fluidiques indépendants et un connecteur à un seul orifice pour chaque entrée et chaque sortie. Comme le montrent les figures 1, 2, 5 et 7, l'empilement de quatre modules microfluidiques a le même aspect qu'un seul module microfluidique. L'invention permet aussi une simplification et une réduction du nombre de connexions. En particulier, du fait qu'il y a en principe seulement deux entrées et deux sorties pour le fluide thermique pour quatre modules microfluidiques empilés ensemble au lieu de huit typiquement nécessaires, le nombre de connexions et de conduits est réduit.
Le dispositif microfluidique basé sur l'empilement de modules microfluidiques est très simplifié, avec moins de pièces mécaniques, c'est-à-dire de cadres, de connecteurs, de raccords, de tubes, etc., ou avec des zones d'étanchéité réalisées avec des composants qui ne sont pas visibles après l'assemblage, car les joints toriques sont situés entre les modules microfluidiques. Un moindre nombre de pièces mécaniques permet une réduction des coûts supplémentaire et une amélioration de la fiabilité concernant les zones de fuites potentielles. En outre, l'invention ne comporte aucun volume interne sans régulation thermique, contrairement au conduit de charge à un seul orifice typique montré dans l'état de la technique, ce qui peut être réalisé par un adaptateur en PTFE, des raccords en PFA SWAGELOKQ, avec au moins un volume interne de 0,5 ml qui n'est pas régulé thermiquement. Pour éviter tout risque de réaction incontrôlée dans les connexions et les conduits, la limitation de ce volume interne dépourvu de toute régulation thermique est critique. Une connexion d'empilement typique telle qu'elle est présentée selon l'invention avec seulement un joint torique entre les modules microfluidiques évite d'avoir des volumes sans régulation thermique.
L'invention procure aussi une facilité d'assemblage avec un principe d'auto-alignement. Il est important également de réduire le temps d'assemblage du réacteur pour réduire les coûts. Outre le temps d'assemblage, il est critique d'obtenir un assemblage étanche au premier montage. Il est tout à fait compréhensible que la détection d'une fuite quelconque dans le réacteur peut être une tâche longue et délicate. Le système de connexion d'empilement proposé selon l'invention permet typlg1uenmment de diviser nar trnIs e temps de montjge t conception mecanique tout en procurant dans un autre meilleur mode de réalisation une caractéristique d'auto-alignement permettant de garantir un assemblage étanche. Ainsi que cela o été dent dessus, un mode de réalisation ourticuliehrer.'etahle en i meme mg Trend t ln as de ne) l , liter ~~eü~, lui sent muni miers moyens -, _ nds mor»- espondart ra 92a correspondant de
16 la partie principale 92 du connecteur de maintien 90, ce qui garantit un alignement approprié aisé des modules microfluidiques. Les procédés d'utilisation et/ou les dispositifs décrits ici sont utiles généralement dans la mise en oeuvre de tout procédé qui comprend le mélange, la séparation, l'extraction, la cristallisation, la précipitation ou un autre traitement de fluides ou de mélanges de fluides, incluant des mélanges multiphases de fluides, et incluant des fluides ou des mélanges de fluides incluant des mélanges multiphases de fluides qui contiennent aussi des solides, dans une microstructure. Le traitement peut inclure un procédé physique, une réaction chimique définie comme un procédé qui conduit à l'interconversion d'espèces organiques, inorganiques, ou à la fois organiques et inorganiques, un procédé biochimique, ou toute autre forme de traitement. Les réactions de la liste non limitative suivante peuvent être conduites avec les procédés et/ou dispositifs décrits : oxydation réduction ; substitution ; élimination ; addition ; échange de ligands ; échange de métaux ; et échange d'ions, Plus spécifiquement, les réactions énumérées dans la liste non limitative suivante peuvent être conduites avec les procédés et/ou dispositifs décrits : polymérisation ; alkylation désalkylation ; nitration ; peroxydation ; sulfoxydation ; époxydation ammoxydation ; hydrogénation, déshydrogénation ; réactions organométalliques ; chimie des métaux précieux/réactions en catalyse homogène ; carbonylation ; thiocarbonylation ; alcoxylation ; halogénation; déshydrohalogénation ; deshalogénation ; hydroformylation ; carboxylation ; décarboxylation ; amination ; arylation ; couplage peptidique ; condensation d'aldol ; cyclocondensation , déshydrocyclisatien ; estérification ; arnidation ; synthèse hétérocyclique ; déshydrata- tion , aicoolyse hydrolyse ,a mrnonolyse ètherific. ... tion cynt-hèsr~ enzymatique cetaiisation saponification isomérisation , quaternisa fion , formylation ; réactions de transfert de phases , silylations syntneses de nitriles phosphory ation ozonolyse ; chimie des azides métathèse r'ydrosilylatlon én tiorls de coupla(, c~(_tlons en,r'\lrll jt. GU Les modes de réalisation montrés sur les figures 1 à 12 font partie intégrante de l'invention et doivent être considérés comme étant simplement des exemples. Différents changements dans la forme, la conception ou la disposition peuvent être apportés à l'invention sans s'écarter de son cadre.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif microfluidique (10) incluant au moins un module microfluidique (20) en verre, céramique ou vitrocéramique de forme sensiblement plane définissant généralement quatre bords relativement minces (20a, 20b, 20c, 20d) et deux faces opposées relativement grandes (22, 24), chaque module microfluidique (20) incluant au moins un canal microfluidique (30) définissant au moins en partie une microchambre (32) ; au moins une entrée microfluidique (50) et au moins une sortie microfluidique (60) ; et chaque entrée microfluidique (50) et chaque sortie microfluidique (60) dudit module microfluidique étant interconnectées de manière étanche avec un conduit de fluide (120) par un connecteur de maintien étanche (90) comprenant au moins un moyen ou structure de serrage (95, 97), caractérisé en ce que ledit au moins un moyen ou structure de serrage (95, 97) comprend une articulation (150) comprenant un élément de forme sphérique (160) et un élément en forme de coupelle(170).
  2. 2. Dispositif microfluidique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de serrage (95, 97) est muni d'un 20 moyen ou structure anti-déformation radiale (180).
  3. 3. Dispositif microfluidique selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen anti-déformation radiale (180) comprend au moins un anneau métallique (182).
  4. 4. Dispositif microfluidique selon l'une quelconque des 25 revendications 2 et 3 caractérisé en ce que l'élément de forme sphérique ( 160) est conformé pour recevoir et soutenir ledit moyen anti-déformation radiale (180).
  5. 5 Dispositif microfluidique quelconque des r dicetIons à 4 caractérisé en ce qu Il comprend au moins deux modules 0 30 miciofluidiques empilés définissant au moins une série deux modules MiCtOnUidIOLle10terC.000eCtOcI de manlrire i3nchu diréL ( 1)0) ri,r nin!nç un n ,»nn,rt-)J de maintien (OH 1prenant une r )-hoire serrage un premie , latAral rrage 3i.eral iii serrage (97) Es aime de liaison principa (92).6. Dispositif microfluidique selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits premier et second bras latéraux (94, 96) est mobile en translation par rapport à ladite partie de liaison principale (92). 7. Dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 5 et 6 caractérisé en ce qu'il inclut en outre entre deux modules microfluidiques (20) successifs une plaque de connexion étanche intermédiaire (70) munie d'ouvertures traversantes (71, 72, 73) adaptées pour coïncider avec des entrées fluidiques (50) adjacentes et des sorties fluidiques (60) adjacentes, ladite plaque de connexion (70) comprenant en outre des moyens d'étanchéité (80) sur lesdites ouvertures traversantes (71, 72, 73). 8. Dispositif microfluidique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il comprend des moyens ou ouverture de fluide (82) pour injecter ou extraire au moins un fluide à une position appropriée de l'empilage, par exemple sur au moins un bord latéral d'une plaque de connexion étanche intermédiaire pour l'injection d'au moins un réactif fluide supplémentaire (R) en communication avec le microcanal de traitement ; ou pour extraire une partie du fluide. 9. Dispositif microfluidique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les modules microfluidiques (20) ont des entrées (50) ou des sorties (60) opposées et alignées. 1.0. Dispositif microfluidique selon l'une des revendications caractérise en ce que les modules micr-ofluid~gue (20) ~ ',~v r :pmoi ~. ce que modules ~ ~~~ reninent i~~ i~ configuration de connexion selon laquelle es entrées (00) et les sorties (f50) sont opposées et décalées, ladite plaque de connexion intermédiaire (70) ayant également de manière correspondante des entrées (71.a) et rti 's oppos décalées E List iitif micrr idio!!e selon 'une des revendiratit ami. ,ien~i ra) desdits bords (ruiiseconds moyens d'alignement (93) prévus sur un bord correspondant (92a) dudit connecteur de maintien (90), pour assurer ainsi un alignement approprié aisé desdits modules microfluidiques. 12. Dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les parties de connexion comprenant l'articulation à rotule, ainsi que les plaques de connexion étanche intermédiaires, sont constituées par une matière chimiquement résistante choisie parmi une matière plastique, qui peut être choisie typiquement parmi une matière PTFE, PFA ou PEEK ; ou parmi un métal ou alliage qui peut être choisi typiquement parmi le titane, le tantale, ou des parties constituées par un alliage comme l'hastelloy, ou des alliages de titane, des alliages de tantale. I3. Dispositif microfluidique selon rune quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que les modules microfluidiques comprennent des couches spécifiques (36, 40) pour l'échange thermique de chaque côté de la couche de traitement (38) « prise en sandwich », chaque module microfluidique (20) étant muni de deux entrées de fluide thermique opposées (42) et de deux sorties de fluide thermique opposées (44), tandis que la couche de traitement (38) est munie d'au moins une entrée de charge de fluide (50) et d'au moins une sortie de charge de fluide (60). 14. utilisation du dispositif microfluidique selon l'une des revendications 1 à 13, pour réaliser un procédé qui comprend le mélange, la séparation, l'extraction, la cristallisation, la précipitation ou un autre traitement de fluides ou de mélanges de fluides, incluant des mélanges multiphases de fluides, et incluant des fluides ou des mélanges de fluides incluant des mélanges multiphases de fluides qui contiennent aussi des solides, dans une microstructure ; le traitement pouvant inclure un procédé physique, une réaction chimique définie comme un procédé qui conduit à l'interconversion d'espèces organiques, inorganiques, ou à la fois organiques et inorganiques, un procédé biochimique, ou toute autre forme de traitement.
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