FR2971953A1

FR2971953A1 - Dispositif microfluidique d'extraction a interface liquide-liquide stabilisee

Info

Publication number: FR2971953A1
Application number: FR1151571A
Authority: FR
Inventors: Jean Berthier; Nicolas Sarrut-Rio
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-31
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: FR2971953B1; US20140001116A1; EP2678106A1; WO2012113905A1

Abstract

L'invention porte sur un dispositif microfluidique d'extraction (1) d'analytes d'intérêt d'un liquide porteur (P) dans un liquide solvant (S), les deux liquides (P, S) formant une interface (2) entre des micro-piliers (32) d'une chambre d'extraction (30). Selon l'invention, le liquide porteur (P) forme un angle de contact θ1 sur les micro-piliers (32) d'une part, et un angle de contact θ2 sur la paroi supérieure (21) d'autre part, lesdits angles de contact vérifiant la relation 45°≤ (θ1+θ2) /2 ≤135°.

Description

DISPOSITIF MOECROFLUIDIQUE D'EXTRACTION A INTERFACE LIQUIDE-LIQUIDE STABILISEE

DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine général de la microfluidique et porte sur un dispositif microfluidique d'extraction liquide-liquide d'analytes d'intérêt. 10 L'extraction des analytes d'intérêt est réalisée dans une chambre d'extraction du micro-dispositif dans laquelle les deux liquides circulent, séparés l'un de l'autre par des micro-piliers disposés parallèlement aux écoulements. 15 Les analytes d'intérêt peuvent être des particules chimiques et/ou biologiques, telles que des macromolécules, des cellules, des organites, des pathogènes, voire des agents intercalants. Le dispositif microfluidique d'extraction trouve 20 une application notamment dans les biotechnologies, la chimie et les sciences de l'environnement. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans de nombreux domaines industriels, on cherche 25 à analyser des échantillons liquides, dans le but notamment de déterminer la concentration en analytes qu'ils peuvent éventuellement contenir. C'est le cas par exemple du domaine du diagnostic, du suivi agroalimentaire ou de la 30 surveillance de l'environnement.

Les étapes d'analyse peuvent nécessiter, préalablement à la détection des analytes et à la mesure de leur concentration, de transférer lesdits analytes d'intérêt d'un liquide porteur vers un solvant liquide pour obtenir une concentration élevée d'analytes dans le solvant liquide. Cela permet d'augmenter l'efficacité et la précisfon de la détection desdits analytes par les moyens d'analyse courants. IO Pour cela, il est connu d'utiliser un dispositif microfluidique d'extraction liquide-liquide, tel que décrit notamment dans l'article de Berthier et al. intitulé « The physics of a coflow micro-extractor : Interface stability and optimal extraction length », 15 2009, Sensor. Actuator. A 149, 56-64. Comme le montrent les figures 1 et 2, un tel micro-extracteur 1 comporte une chambre d'extraction 30 formée de deux zones de transfert 3IA, 31B séparées l'une de l'autre dans le sens longitudinal par une 20 pluralité de micro-piliers 32. Le sens longitudinal coïncide avec le sens d'écoulement des liquides dans la chambre d'extraction. 11 correspond à la direction selon laquelle s'étend l'interface entre les deux liquides. 25 La chambre d'extraction 30 est délimitée par des parois inférieure, supérieure et latérales. Les micro-piliers 32 sont alignés dans le sens longitudinal et s'étendent chacun entre tes parois inférieure et supérieure. 30 Chaque zone de transfert 31A, 31B communique avec un microcanal 40A, 40B qui assure la circulation fluidique de deux liquides dans la chambre d'extraction 30 suivant le sens longitudinal de celle-ci. Le liquide porteur P d'analytes d'intérêt circule au sein de la première zone de transfert 3IA, et le solvant liquide S circule dans la seconde zone de transfert 31B. Le liquide porteur P peut être de l'eau ou une solution aqueuse, et le solvant liquide S peut être un liquide ionique ou une solution organique. Les deux liquides sont non miscibles l'un avec l'autre.

Les analytes d'intérêt peuvent être des particules chimiques et/ou biologiques, telles que des macromolécules, des cellules, des organites, des pathogènes, voire des agents intercalants. L'interface du liquide porteur P avec le solvant liquide S est située entre chaque micro-pilier 32 et s'étend entre les parois inférieure et supérieure. Plus précisément, le liquide porteur P forme une pluralité d'interfaces avec le solvant liquide S, qui sont chacune au contact de deux micro-piliers 32 adjacents et des parois inférieure et supérieure. Les analytes d'intérêt diffusent au travers des interfaces, du liquide porteur vers le solvant liquide, et se lient, par exemple à des ligands de sorte qu'ils ne puissent revenir dans le liquide porteur, ou, par exemple du fait d'une meilleure solubilité dans le solvant.

Cependant, le fonctionnement d'un tel micro-extracteur nécessite de maintenir stables les interfaces du liquide porteur avec le solvant liquide, c'est-à-dire de les maintenir, lors de la circulation des liquides, au contact des micro-piliers et des parois supérieure et inférieure. Les interfaces sont notamment soumises à des forces capillaires de mouillage du fait de leur contact avec les micro-piliers et lesdites parois.

Or, il a été observé que la valeur des angles de contact du liquide porteur sur le matériau constituant les micro-piliers et sur le matériau constituant les parois inférieure et supérieure peut avoir une influence déterminante sur la stabilité de l'écoulement. Ainsi, lorsqu'un premier liquide (par exemple le liquide porteur) présente un angle de contact trop élevé (notamment supérieur à 135°) avec l'un des matériaux constituant le dispositif (la paroi supérieure, paroi inférieure ou piliers), l'interface n'est pas stable. Cela provoque l'envahissement, par ledit premier liquide, de la zone occupée par le second liquide (par exemple le solvant). Cette rupture de l'interface du premier liquide, du fait des forces capillaires de mouillage, peut donc entraîner une dégradation importante de l'efficacité d'extraction du micro-extracteur, voire un blocage du dispositif.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour but de présenter un dispositif microfluidique d'extraction d'analytes d'intérêt d'un liquide porteur dans un liquide solvant, dont l'interface du liquide porteur avec le solvant liquide présente une stabilité améliorée par rapport à la réalisation de l'art antérieur mentionné précédemment.

Pour ce faire, L'invention a pour objet un dispositif microfluidiaue d'extraction d'analytes d'intérêt d'un liquide porteur dans un solvant liquide non miscible avec le liquide porteur, comportant une chambre d'extraction délimitée par des parois inférieure, supérieure et latérales, et formée d'une première et d'une seconde zones de transfert séparées l'une de l'autre dans le sens longitudinal par une pluralité de micro-piliers s'étendant entre lesdites parois inférieure et supérieure. Ladite première zone de transfert contient ledit liquide porteur et ladite seconde zone de transfert contient ledit solvant liquide, ledit solvant liquide formant avec ledit liquide porteur une pluralité d'interfaces dont chacune s'étend entre deux micro-piliers adjacents et lesdites parois inférieure et supérieure. Selon l'invention, le liquide porteur et le solvant liquide et les matériaux des micro-piliers et de la paroi supérieure sont choisis de sorte que l'un de ces deux liquides (par exemple ledit liquide porteur) , lorsqu'il baigne dans l'autre liquide (par exemple le liquide du solvant), forme un premier angle de contact 01 sur le matériau formant les micro-piliers d'une part, et un second angle de contact 02 sur le matériau de la paroi supérieure (ou inférieure) d'autre part, lesdits angles de contact vérifiant la relation : 45°+a (0, + 02)/2 135°-a avec 0'a450et, de préférence, 250a450 On voit alors que la moyenne des angles 91 et 92 de contacts précédemment définis doit être comprise

entre deux angles limites Om,l et Orna,. D'une façon générale, il est possible de considérer 8min 450et 0m,, 1350, ce qui définit une première plage dans laquelle la moyenne des angles de contacts 01 et 02 peut évoluer.

De façon préférentielle, on définit une deuxième plage plus restreinte, comprise entre des angles limites emln et Orna:, tels que emn 700et erra, - 110° Les inventeurs se sont aperçus que plus a se rapproche de 00, (donc lorsque la moyenne des angles de IO contacts el et 02 définis ci-dessus se rapproche des angles limites 45° ou 1350), plus la variation de pression de part et d'autre de l'interface doit être maîtrisée, et inférieure à une variation de pression critique APmax, décrite ultérieurement. 15 Autrement dit, plus les angles de contact d'un des deux liquides avec le matériau constituant les piliers (el) et le matériau constituant la paroi supérieure ou inférieure (02) se rapprochent des valeurs limites de 45° ou 1350, plus l'équilibre de l'interface sera 20 fragile, et sensible à la moindre fluctuation de la variation de pression de part et d'autre de l'interface. Afin de réduire les risques d'une instabilité de l'interface due aux fluctuations de la variation de 25 pression de part et d'autre de l'interface, il est préférable que a soit compris entre 25° et 45°. Ainsi, les angles de contacts précédemment définis sont contenus dans une plage angulaire restreinte dont les valeurs limites 9,, et ema, sont telles que emin 700et 30 8m,, 120°. Une telle plage angulaire restreinte permet par

exemple une bonne stabilité de l'interface, en étant relativement insensible aux fluctuations de pression de part et d'autre de l'interface. Cette gamme peut, par exemple, être obtenue en utilisant les matériaux et liquides suivants : - premier liquide : solution aqueuse deuxième liquide : liquide ionique, par exemple du [13MP],[NTf2i (1-butyl-lméthylpyrrolidinium bis-(trifluorométhane sulfonamidure). - matériau constituant les piliers ainsi que la paroi inférieure: SiO2 - matériau constituant la face supérieure : Verre, par exemple du Pyrex. On comprend que dans le mesure du possible, on a 15 intérêt à ce que la moyenne des angles de contacts 01 et 02 se rapproche le plus possible de 900. Par liquide porteur, on entend un liquide contenant des analytes d'intérêt. Par solvant liquide, 20 recevoir et à garder initialement contenus dans Le sens longitudinalon entend un liquide apte à les analytes d'intérêt le liquide porteur. coïncide avec la direction selon laquelle s'étend l'interface entre le liquide porteur et le solvant liquide. Lorsque le liquide 25 porteur et éventuellement le solvant liquide sont en écoulement, le sens longitudinal coïncide avec le sens d'écoulement du ou des liquide(s). Le sens longitudinal est compris dans un plan sensiblement orthogonal aux parois inférieure et supérieure. 30 Avantageusement, lesdites première et seconde zones de transfert forment, respectivement, une partie d' un premier crocanal et d' un second microcanal, ledit dispositif comportant des moyens pour assurer une circulation dans lesdits avec un débit non nul E), microcanaux du liquide porteur et du solvant liquide avec un débit non nul D2, avec 4/D'2>1. Avantageusement, les largeurs wl, w2 respectives desdites zones de transfert sont choisies de manière à vérifier la relation : 172 D2 (a1 ) 3 w~l 1 W2 où 17, est la viscosité dynamique du liquide considéré, et (ai) est un coefficient traduisant la friction à 15 laquelle est soumis le liquide traversant le canal. Plus un canal est étroit, plus ce coefficient est élevé. Pour les applications visées, ce facteur est généralement compris entre 1 et 5. Dans le cas d'un canal de section rectangulaire, on a : 20 (agi ) = 2 [(1 / 3) - (64a, Ir» tanh(z / )] 10 (a, 1 avec ai =min (w H -\ ; H wioù wi est la largeur du canal i et H est la hauteur des canaux, L), et D2 sont respectivement 25 les débits du liquide porteur et du solvant liquide.

Ainsi, la différence de pression dynamique entre le liquide porteur et le solvant liquide dans la chambre d'extraction est constante suivant le sens longitudinal de celle-ci. Il n'y a pas de risque qu'il y ait une zone de la chambre d'extraction dans laquelle la différence de pression dépasse une valeur seuil APmax au-delà de laquelle l'interface est susceptible de rompre. Cette valeur seuil peut être le saut de pression capillaire 2y/5, où y est la tenslon de surface du solvant liquide en contact avec le liquide porteur, et à est l'espacement moyen entre deux micro- piliers adjacents. On obtient ainsi une chambre d'extraction dans laquelle les interfaces sont stables en tout point vis-à-vis des contraintes normales de pression. La chambre d'extraction peut donc être d'une grande longueur utile de transfert.

Avantageusement, le dispositif microfluidique d'extraction comporte des moyens adaptés à imposer, en amont ou en aval de la chambre d'extraction, la pression statique de chacun desdits liquides, lesdites pressions statiques imposées étant sensiblement égales l'une avec l'autre. Autrement dit, on a intérêt à maintenir une variation de pression AP, de part et d'autre de l'interface, aussi proche que possible de 0, et, dans tous les cas, inférieure à la valeur critique APmax.

Ainsi, la différence de pression dynamique entre les deux liquides au niveau de l'une quelconque desdites interfaces est sensiblement nulle, donc strictement inférieure à la valeur seuil capillaire 2y/5.

Lesdits micro-piliers et ladite paroi inférieure peuvent être réalisés en un même premier matériau et ladite paroi supérieure peut être réalisée en un second

matériau différent du premier. Le dispositif microfluidique peut comporter un substrat inférieur et un substrat supérieur, lesdits micro-piliers et ladite paroi inférieure étant réalisées au sein dudit substrat inférieur et ladite paroi supérieure est formée par ledit substrat supérieur.

D'autres avantages et caractéristiques de IO l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS On décrira à présent, à titre d'exemples non 15 limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1, déjà décrite, est une vue schématique en vue de dessus d'un dispositif microfluidique d'extraction selon un exemple de l'art 20 antérieur ; figure 2, déjà décrite, est une vue agrandie et en perspective d'une partie du dispositif microfluidique d'extraction illustré sur la figure 1 ; La figure 3 est une représentation de l'angle de 25 contact 9 formé par un premier liquide L1 mouillant dans un deuxième liquide L2, au contact de la surface d'un matériau M ; La figure 4 est une vue schématique en perspective de la chambre d'extraction d'un dispositif 30 microfluidique d'extraction selon le mode de réalisation préféré de l'invention ; 2971953 Il La figure 5 est une coupe transversale du dispositif microfluidique de la Fig. 4 lorsque la condition de stabilité n'est pas respectée. 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ Sur la figure 4 est représenté un dispositif microfluidique d'extraction liquide-liquide, ou micro-extracteur, permettant le transfert d'analytes d'intérêt d'un liquide porteur vers un solvant liquide selon le mode de réalisation préféré de l'invention. Il est à noter que les échelles ne sont pas respectées, pour privilégier la clarté du dessin. Dans toute la description qui va suivre, par convention, on utilise un repère orthonormé direct en coordonnées cartésiennes (X,Y,Z) présenté sur la figure 3. La direction X est orienté suivant le sens longitudinal correspondant au sens de circulation des liquides, la direction Y est orthogonale à la direction X et la direction Z est orientée suivant la hauteur du dispositif. Les termes « inférieur et « supérieur sont ici à comprendre en termes d'orientation suivant la direction Z dudit repère.

Le dispositif 1 comporte une chambre d'extraction 30 délimitée par des parois latérales, inférieure Il et supérieure 12. La chambre d'extraction 30 est formée d'une première et d'une seconde zones de transfert 31A, 31B séparées l'une de l'autre dans le sens longitudinal par une pluralité de micro-piliers 32.

Les micro-piliers 32 sont alignés suivant le sens longitudinal et s'étendent suivant la direction Z entre lesdites parois inférieure Il et supérieure 21. Ils sont de préférence cylindriques au sens général du terme, et peuvent présenter une section circulaire, oblongue, voire polygonale. De préférence, la section est polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire, et présente des angles vifs. Ils présentent une hauteur moyenne H définie par IO la distance entre les parois inférieure 11 et supérieure 21, et une épaisseur moyenne e mesurée suivant le sens transversal. La chambre d'extraction 30 est formée par un substrat inférieur et un substrat supérieur. Dans le 15 substrat inférieur sont réalisées les zones de transfert 31A, 3IB et les micro-piliers 32. Le substrat supérieur, ou capot, est assemblé au substrat inférieur. Ainsi, les parois latérales, la paroi inférieure 20 II, ainsi que les micro-piliers 32, sont réalisées dans le substrat inférieur, alors que la paroi supérieure 21 est une face du substrat supérieur. Chaque zone de transfert 3IA, 31B communique avec un microcanal 40A, 40B (non représenté sur la figure 4) 25 identique à celui illustré sur la figure 1. Le microcanal 40A, 40B est formé d'un conduit d'entrée 41A, 41B et d'un conduit de sortie 42A, 42B disposés respectivement en amont et en aval de la chambre d'extraction 30 (figure 1). 30 Le premier microcanal 40A est connecté à des moyens 50A permettant de faire circuler un liquide porteur P d'analytes d'intérêt dans la première zone de

transfert 3IA avec un débit non nul Dl. Le second microcanal 40B est connecté à des moyens 50B permettant de faire circuler un solvant liquide S dans la seconde zone de transfert 31B avec un débit D2, celui-ci pouvant être nul (figure 1). Il est à noter que les liquides P, S peuvent circuler à co-courant ou à contre-courant.

La première zone de transfert 31A contient le 10 liquide porteur P et la seconde zone de transfert 3IB contient le solvant liquide S. Le liquide porteur P forme avec le solvant liquide S, dans la chambre d'extraction 30, une pluralité d'interfaces 2 dont chacune s'étend entre 15 deux micro-piliers 32 adjacents et entre les parois inférieure Il et supérieure 21. Comme le montre la figure 5, une interface 2 entre un premier liquide L1 (par exemple le liquide porteur P) et un deuxième liquide L2 (par exemple le 20 solvant liquide S) s'étend sur le micro-pilier 32 et les parois inférieure 11 et supérieure 21. Pour chaque liquide considéré, en l'occurrence le liquide porteur et le liquide solvant, des angles de contact Ol et 92 sur les matériaux constituant les 25 piliers, et les surfaces inférieures ou supérieures peuvent être définis. Si l'on considère un premier liquide (par exemple le liquide porteur), un premier angle de contact et peut être défini, correspondant à l'angle de contact qu'une 30 goutte de ce premier liquide, baignant dans le second liquide (le liquide solvant dans cet exemple), forme lorsqu'elle est placée au contact du matériau constituant les micro-piliers. L'angle de contact au niveau de la paroi inférieure Il est sensiblement égal à celui mesuré au niveau des micro-piliers 32, dans la mesure où, selon ce mode de réalisation ils appartiennent au même matériau du substrat inférieur. Cet angle sera également noté 01. Un second angle de contact 02 est défini au niveau de la paroi supérieure 21; il correspond alors à IO l'angle de contact qu'une goutte du premier liquide, baignant dans le second liquide (le liquide solvant dans cet exemple), forme lorsqu'elle est placée au contact du matériau constituant la paroi supérieure.

15 Il est à noter que les surfaces sont dites hydrophiles lorsque l'angle 0 est inférieur à 90° et dites hydrophobes pour un angle 0 supérieur à 900. Dans le premier cas, le liquide considéré est dit mouillant et dans le second cas, non-mouillant. Il est 20 à noter que l'on se situe ici dans la situation du mouillage partiel et non dans le cas du mouillage total. Selon l'invention, le liquide porteur P, le solvant liquide S et les matériaux des micro-piliers et 25 de la paroi supérieure ou inférieure sont choisis de sorte que les angles de contact 01 et 02 vérifient la relation : 45° (0, + 02)/2 135° Ainsi, les interfaces 2 entre deux micro-piliers 32 sont stables et restent au contact des micro-piliers 30 32 et des parois inférieure Il et supérieure 21. Autrement dit, à l'interface entre les micro-piliers, un matériau constituant une paroi supérieure (ou inférieure), on définit : - un premier angle de contact 01 que forme un premier liquide baignant dans le deuxième liquide, au contact du matériau constituant les piliers ; un deuxième angle de contact 02 que forme ledit premier liquide baignant dans ledit deuxième liquide, au contact du matériau constituant la paroi supérieure (ou la paroi inférieure) ; - le premier liquide, le deuxième liquide, et les matériaux constituant les micro-piliers et la paroi supérieure (ou inférieure) étant tels que la condition de stabilité est respectée :

45° (AI + 02)/2 5135° Ainsi, la moyenne des premier et deuxième angles 20 de contact doit être comprise entre deux angles limites Omin et Omax, avec Omin 45° et Omax 135°. Naturellement, cette condition doit s'appliquer à la fois au niveau de la paroi inférieure et au niveau de la paroi supérieure. 25 Si cette condition de stabilité n'est pas satisfaite, l'interface 2 se déplace selon les flèches en gras représentées sur la Figure 5, ce qui peut conduire à une rupture d'interface. Dans l'exemple de la figure 5, le premier liquide LI envahit le demi- 30 canal destiné à L2. Plus précisément, on a représenté en Fig. 5 une coupe transversale du dispositif microfluidique de la Fig. 4. L'interface 2 s'est ici déplacée au-delà du micro-pilier 32 et a pénétré dans la partie du micro-canal réservée à L2. Les angles de contact 01 et 0, ont été représentés et ne remplissent pas la condition de stabilité précitées. On évite ainsi la formation d'un écoulement capillaire de coin (Capillary-driven flow in a corner, en anglais) qui apparaît lorsque la moyenne des angles 01 et 02 dépasse des limites inférieures ou supérieures définies par la condition de Concus-Finn. En effet, 10 comme le montre Berthier et Silberzan dans l'ouvrage intitulé Microfluidics for biotechnology, 2010, Artech House, une interface au contact d'une arête formée de deux surfaces de mouillabilité différente, définies par leur angle de contact 01 et 02, reste au repos lorsque 15 les angles 01 et 02 vérifient la condition de Concus-Finn : n/2-a«01+02)/2 u/2+a

où a est le demi-angle du coin. Cependant, il apparaît 20 que l'interface 2 peut être instable lorsque la moyenne des angles 01 et 02 est proche de ces angles limites. En effet, dans de telles conditions, la stabilité ne peut-être obtenue que lorsque la variation de pression AP de part et d'autre de l'interface est inférieure au 25 seuil APmax précédemment défini. La moindre fluctuation de cette variation de pression est susceptible d'entraîner une instabilité de l'interface, pouvant générer un envahissement du canal occupé par le liquide le moins mouillant par le liquide le plus mouillant. 30 Or, il a été observé que l'interface 2 reste stable lorsque la relation 700(81+02)/21100 donnée précédemment est vérifiée. Cette plage angulaire réduite est avantageuse, car elle permet une moindre maîtrise de la variation de pression de part et d'autre de l'interface. Ainsi, des fluctuations mineures autour de APmax sont moins susceptibles de générer une rupture 5 de l'interface. Par conséquent, le système est plus robuste. A titre illustratif, lorsque les micro-piliers 32 et la paroi supérieure 21 sont en SiO2, le liquide porteur P étant une solution aqueuse et le solvant S du 10 cyclohexane, la moyenne des angles 01 et 02 donne 120°. Cependant, bien que ce résultat vérifie la relation de Concus-Finn, il a été observé une rupture de l'interface lorsque la pression de part et d'autre de l'interface n'est pas suffisamment maîtrisée. 15 Au contraire, lorsque le solvant S est le liquide ionique BMP (1-butyl-1-méthylpyrrolidinium), on mesure, dans les mêmes conditions, un angle 01 de 97° et un angle 02 de 110°, ce qui donne une moyenne de 103°. Cette moyenne entre dans la plage angulaire restreinte 20 700(01+02)/21100. Il a été observé que l'interface 2 est ici parfaitement stable. Par ailleurs, la pression dynamique du liquide porteur P, et éventuellement celle du solvant liquide S, diminue progressivement suivant le sens longitudinal 25 de la chambre d'extraction 30. Or, il a été montré dans l'article de Berthier et al. 2009 cité précédemment que la différence de pression dynamique entre le liquide porteur P et le solvant liquide S suivant le sens longitudinal peut 30 dépasser une valeur seuil au-delà de laquelle l'interface se rompt. Cette valeur seuil correspond sensiblement au saut de pression capillaire 2yr', où y est la tension de surface du liquide porteur P en contact avec le solvant liquide 8, et 6 est l'espacement moyen entre deux micro-piliers 32 adjacents. Dans une telle situation, il peut exister une longueur de la chambre d'extraction 30 au-delà de laquelle la différence de pression dynamique atteint la valeur seuil. Cette longueur critique limite donc la longueur utile de transfert dans la chambre 10 d'extraction. Pour éviter ce phénomène de longueur critique, les largeurs wl, w2 respectives desdites zones de transfert 31A, 31B sont choisies de manière à vérifier la relation : (Di (al 172 D2 «0(2 ) 3 3 W 2 où ri, est la viscosité dynamique du liquide considéré, et ,(ai) est un coefficient traduisant la friction à laquelle est soumis le liquide traversant le canal i, 20 Plus un canal est étroit, plus ce coefficient est élevé. Pour les applications visées, ce facteur est généralement compris entre 1 et 5. Dans le cas d'un canal de section rectangulaire, on a : 1 25 2[(1 / 3) - (64a, / n-5) tanh(n- / 2aj )l 15 avec, comme précédemment, a, =min w. H H ;où wi est la largeur du canal et If est la hauteur des canaux,

et L), sont respectivement les débits du liquide porteur et du solvant liquide.

Ainsi, la différence de pression dynamique entre le liquide porteur P et le solvant liquide S dans la chambre d'extraction 30 est constante suivant le sens longitudinal de celle-ci. Il n'y a donc plus de longueur limite pour laquelle la différence de pression dynamique atteint la valeur seuil capillaire et rend l'interface instable. On obtient alors une chambre d'extraction 30 dans laquelle les interfaces 2 sont stables en tout point. La chambre d'extraction 30 peut donc être d'une grande longueur, ce qui permet d'obtenir une surface utile de transfert particulièrement importante. De plus, il est particulièrement avantageux que la pression statique de chacun des liquides ID, S soit fixée en amont ou en aval de la chambre d'extraction 30, de sorte que les pressions statiques imposées soient sensiblement égales. Ainsi, la variation de la pression étant nulle de part et d'autre de l'interface, cette dernière est très stable, et encore plus particulièrement lorsque 700(01+02)/21100. Ainsi, la différence de pression dynamique entre les deux liquides P, S au niveau de l'une quelconque desdites interfaces 2 est donc sensiblement nulle et toujours strictement inférieure à la valeur seuil capillaire 2y/5. Les pressions statiques amont ou aval peuvent être fixées par les moyens 50A, 50B adaptés à faire circuler les liquides dans les microcanaux, par exemple des pompes pour écoulement microfluidique (figure 1).

Le micro-extracteur 1 selon le mode de réalisation préféré de l'invention peut être réalisé de la manière suivante, comme il est décrit en partie dans l'article de Tran et al. intitulé .« Micro-extractor for liquid-liquid extraction, concentration and in-situ debection of lead IMRET-10: 10th International Conference on Mieroreaction, AlchE 2008 pring National Meeting, 6-10 April 2008, New Orleans, USA.

Le substrat inférieur est monolithique et peut être en silicium (SiO2). Le substrat supérieur peut être en silicium ou en verre. Les microcanaux 40A, 40B, les zones de transfert 31A, 31B formant la chambre d'extraction 30 et les micro-piliers 32 peuvent être réalisés par des techniques classiques de microtechnologies (par exemple photolithographie suivie d'une gravure), par exemple par gravure sélective de type DRIE (« Deep Reactive Ion Etching en anglais).

Le procédé de gravure par URIE du substrat inférieur pour réaliser les zones de transfert 3IA, 31B et les micro-piliers 32 est identique à celui décrit dans l'article de Tran et al. mentionné précédemment. Les surfaces des substrats inférieur et supérieur peuvent être traitées par silanisation, de manière à éventuellement modifier les angles de contact 01 et 02 du liquide porteur. L'assemblage des deux substrats peut être réalisé par des techniques classiques de scellement moléculaire dans le cas silicium/silicium ou de scellement anodique dans le cas silicium/verre. I1 peut aussi se faire par sérigraphie de colle.

La hauteur H de la chambre d'extraction 30 peut être comprise entre 10gm et lmm, de préférence entre 50pm et 500pm. La longueur peut être de quelques millimètres à quelques centimètres, par exemple être comprise entre 5mm et 10cm. La largeur wl, w2 des zones de transfert 3IA, 3IB peut être comprise entre 0.5 et 10 fois la hauteur H. Les micro-piliers 32 sont sensiblement identiques les uns aux autres. Leur hauteur est égale à la hauteur H de la chambre d'extraction 30. Leur côté ou la diagonale est comprise entre 0,02 et 1 fois la hauteur H. Par exemple, les micro-piliers 32 peuvent présenter un diamètre ou un côté de 30pm et une hauteur de 100gm. Les micro-piliers 32 sont espacés les uns des autres d'une distance à de préférence supérieure à lum, par exemple quelques microns à quelques dizaines de microns, de préférence de l'ordre de 5 à 10pm. Ainsi, la surface d'interface 2 est la surface utile de transfert, qui peut être de quelques millimètres carrés à quelques dizaines de millimètres carrés. Les liquides P, S sont non miscibles l'un avec l'autre. Le liquide porteur P est avantageusement aqueux, par exemple de l'eau. Le solvant liquide S est avantageusement organique, par exemple le [BMP] [NTf2] (1-butyl-l-méthylpyrrolidinium bis-(trifluorométhane sulfonamidure». Les deux liquides P, S présentent un débit Dl et D2 tel que Dl/D2 est supérieur à 1, de préférence supérieur à Io et avantageusement supérieur à 100. Le liquide porteur P peut présenter un débit de 1 à 10µl/min et le solvant liquide S un débit de 0.01 à 5µl/min. Les deux liquides P, S sont choisis, de préférence, de sorte que la moyenne des angles de contact el et 02 définis précédemment vérifie la relation 700(01+92)/21100. La circulation des liquides P, S est obtenue par des pompes seringues et/ou des nanopompes électroniques telles que la Dionex Ultimate 3000.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif microfluidique d'extraction (1) d' analytes d'intérêt d'un premier liquide (P) dans un deuxième liquide (S) non miscible avec le premier liquide (P), comportant une chambre d'extraction (30) délimitée par des parois inférieure (II), supérieure (21) et latérales, et formée d'une première et d'une seconde zones de transfert (3IA, 31B) séparées l'une de l'autre dans le sens longitudinal par une pluralité de micro-piliers (32) s'étendant entre lesdites parois inférieure (11) et supérieure (21), - ladite première zone de transfert (3IA) contenant ledit premier liquide (1)) et ladite seconde zone de transfert (31E) contenant ledit deuxième liquide (S), ledit deuxième liquide (S) formant avec ledit premier liquide porteur (P) une pluralité d'interfaces (2) dont chacune s'étend entre deux micro- piliers (32) adjacents et lesdites parois inférieure (II) et supérieure (21), le premier liquide (P) baignant dans le deuxième liquide (S) et formant, au contact du matériau constituant les micro-piliers (32), un premier angle de contact el, et, au contact du matériau constituant la paroi supérieure (21) ou la paroi inférieure (11), un deuxième angle de contact 82, lesdits premier et deuxième angles de contact satisfaisant la relation : 8min (01+82)/2 emax avec emin 45° et emax 1350.
2. Dispositif selon la revendication 1, tel que emin 70' et emax 110'.
3. Dispositif microfluidique d'extraction (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites première et seconde zones de transfert (31A, 31B) forment, respectivement, une partie d'un premier microcanal (40A) et d'un second mie:roc-anal (40B), ledit dispositif comportant des moyens (50A, 50B) pour assurer une circulation dans lesdits microcanaux (40A, 40B) du liquide porteur (P) avec un débit non nul Dl et du solvant liquide (S) avec un débit non nul D2, avec Dl/D2 > 1.
4. Dispositif microfluidique d'extraction (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les largeurs wl, w2 respectives desdites zones de transfert (31A, 31B) sont choisies de manière à vérifier la D relation 3 «al) = 172 32 «ce2) où est la viscosité 14'2 dynamique du liquide i considéré, «a,) est un coefficient traduisant la friction à laquelle est soumis le liquide traversant le canal «ai) étant compris entre 1 et 5, et 4,D2 sont respectivement les débits du liquide porteur (P) et du solvant liquide (S).
5. Dispositif microfluidique d'extraction (1) selon la revendication 4, caractérisé qu'il comporte 30 des moyens (50A, 50B) adaptés à imposer, en amont ou en /h DI aval de la chambre d'extraction (30), la pression statique de chacun desdits liquides (P, S), lesdites pressions statiques imposées étant sensiblement égales.
6. Dispositif microfluidique d'extraction (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à s, caractérisé en ce que lesdits micro-piliers (32) et ladite paroi inférieure {11) sont réalisés en un même premier matériau et ladite paroi supérieure (21) est réalisée en un second matériau différent du premier.
7. Dispositif microfluidique d'extraction (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat inférieur et un substrat supérieur, lesdits micro-piliers (32) et ladite paroi inférieure (11) étant réalisées au sein dudit substrat inférieur et ladite paroi supérieure (21) est formée par ledit substrat supérieur.