FR3103120A1 - Dispositif microfluidique pour la mesure de concentrations d’especes dans un fluide corporel utilisant un faible volume - Google Patents
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Abstract
Dispositif microfluidique pour la mesure de concentration de l’hémoglobine, du potassium et de la créatinine dans le sang, comportant un corps s’étendant selon une direction longitudinale (X), une chambre (C1) formant une zone de mesure optique pour la mesure de la concentration en hémoglobine, une chambre (C2) munie de moyens de mesure électrochimique pour la mesure des concentrations en potassium et en créatinine, une zone de connexion électrique à un système extérieur, lesdits moyens de mesure électrochimique comportant au moins deux électrodes de travail (24, 26) et une électrode de référence (30), des conducteurs électriques (32.1, 32.2, 32.3, 32.4 ) s’étendant dans la direction longitudinale (X) entre chaque électrode et les zones de connexion électrique. Le dispositif comportant également un orifice d’injection du sang (10) dans les chambres (C1, C2), les chambres (C1, C2) s’étendant le long de la direction longitudinale (X). Figure pour l’abrégé : 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE
ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte à un dispositif microfluidique pour la mesure de la concentration de plusieurs espèces dans un fluide corporel, par exemple dans le sang, offrant une compacité améliorée et utilisant un faible volume de fluide corporel.
L’insuffisance cardiaque est une pathologie chronique concernant plus de 26 millions de personnes dans le monde. Il a été constaté qu’une personne de retour à son domicile, après une hospitalisation pour insuffisance cardiaque, nécessite un suivi très important, notamment il a été constaté que de nombreux patients rentraient à leur domicile avant que leur traitement thérapeutique ait été déterminé de manière optimale.
Un suivi à domicile implique des analyses de sang répétées pour suivre l’évolution de certains marqueurs dans le sang, afin de pouvoir adapter au mieux le traitement médical.
Ces marqueurs sont par exemple l’hémoglobine, le potassium et la créatinine.
La concentration en hémoglobine est mesurée par une technique optique et les concentrations en potassium et créatinine sont mesurées par des moyens électrochimiques.
Des dispositifs permettent d’effectuer à la fois des mesures optiques et des mesures électrochimiques. Généralement ceux-ci requièrent une prise de sang.
Afin de rendre le suivi le moins gênant pour les patients, il est souhaitable que le dispositif requière un volume de sang réduit, de préférence inférieur à 10 µL. Il est également souhaitable que le dispositif soit peu encombrant.
C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir un dispositif pour la mesure de la concentration de plusieurs espèces dans un fluide corporel, en particulier dans le sang par des mesures optiques et électrochimiques, utilisant un volume de fluide corporel réduit et offrant une compacité améliorée.
Le but de la présente invention est atteint par un dispositif microfluidique pour la mesure de la concentration de plusieurs espèces dans un fluide corporel par des mesures optiques et électrochimiques. Il comporte un support s’étendant principalement longitudinalement, au moins une première zone adaptée à une mesure optique et au moins une deuxième zone munie de moyens de mesure électrochimique, la première et la deuxième zone étant disposées dans la même chambre ou des chambres séparées, la ou les chambres s’étendant dans la direction longitudinale. Les moyens de mesure électrochimique comportent au moins une électrode de référence et une électrode de travail reliées à des connecteurs électriques qui s’étendent dans la direction longitudinale le long de la ou des chambres. Cet agencement des différents éléments du dispositif permet de réduire le volume des chambres et donc le volume de fluide corporel requis pour les mesures et offre un dispositif compact de manipulation aisée.
Le dispositif de mesure ne requiert que de très faibles volumes de fluide à mesurer, par exemple dans le cas du sang 1 ou 2 gouttes suffisent.
En outre, ce dispositif étant de préférence jetable, sa compacité entraîne une réduction de la quantité de matériau requis pour sa fabrication, ce qui est avantageux en termes de coûts et d’impact environnemental.
De préférence, les moyens de mesure électrochimique comportent plusieurs électrodes de travail permettant plusieurs mesures de concentration d’espèces différentes, avantageusement simultanément.
De manière préférée les électrodes sont réparties dans la direction longitudinale.
Le dispositif peut être fabriqué par les techniques de la microélectronique.
Grâce à l’invention, on peut réaliser une puce microfluidique permettant une mesure rapide des concentrations recherchées et sur un volume extrêmement réduit de quelques microlitres.
La présente invention a alors pour objet un dispositif microfluidique pour la mesure de concentration d’espèces chimiques dans un fluide corporel, comportant un corps s’étendant selon une direction longitudinale, au moins une zone de mesure optique, au moins une zone munie de moyens de mesure électrochimique, une zone de connexion électrique à un système extérieur, lesdits moyens de mesure électrochimique comportant au moins une électrode de travail et une électrode de référence, des conducteurs électriques s’étendant dans la direction longitudinale entre chaque électrode et les zones de connexion électrique, ledit corps comportant un réseau fluidique comprenant une ou plusieurs chambres et au moins un orifice d’injection du fluide corporel dans la ou les chambre et au moins un évent, la ou les chambres s’étendant le long de la direction longitudinale, la zone de mesure optique et la zone munie de moyens de mesure électrochimique étant situés dans la ou les chambres.
De manière avantageuse, le corps est entièrement transparent à la lumière visible.
De préférence, les électrodes sont disposées le long de la direction longitudinale.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif microfluidique comporte deux chambres, l’une contenant la zone de mesure optique et l’autre contenant les moyens de mesure électrochimique. Le dispositif peut comporter un orifice d’injection unique et des canaux reliant l’orifice d’injection aux deux chambres en parallèle.
Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif microfluidique comporte une chambre unique dans laquelle la au moins une zone de mesure optique et la au moins une zone contenant les moyens de mesure électrochimique sont alignées le long de la direction longitudinale.
Le réseau fluidique comporte avantageusement une surface intérieure hydrophile.
Selon une caractéristique additionnelle, la au moins une électrode de travail est une électrode sélective d’ions.
Dans une autre caractéristique additionnelle, la ou les chambres comportent une extrémité longitudinale directement reliée à l’orifice d’injection, et ladite extrémité présente une forme évasée en éloignement de l’orifice de remplissage.
De préférence, la zone de mesure optique à une hauteur comprise entre 50 µm et 200 µm.
Avantageusement, la zone de connexion électrique est située à une extrémité longitudinale du corps à l’opposé de l’orifice d’injection par rapport à la ou les chambres.
Le corps peut comporter un premier substrat et un deuxième substrat superposés, le deuxième substrat comportant sur une face la zone de connexion électrique, ladite face étant en contact avec le premier substrat. Par exemple, le premier substrat comporte le réseau fluidique et le deuxième substrat comporte les électrodes et les conducteurs électriques.
Avantageusement, le premier substrat présente une dimension dans la direction longitudinale plus petite que celle du deuxième substrat de sorte que la zone de connexion électrique soit découverte.
Le dispositif microfluidique peut comporter une couche de matériau adhésif sensible aux UV entre le premier substrat et le deuxième substrat.
De préférence, le volume total du réseau fluidique est compris entre 5 µL et 20 µL.
Dans un exemple particulièrement avantageux, dans le cas où le fluide corporel est du sang, la zone de mesure optique est utilisée pour la mesure de la concentration en hémoglobine et les moyens de mesure électrochimique sont configurés pour mesurer la concentration en potassium et en créatinine.
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Les dispositifs microfluidiques pour la mesure de concentration qui seront décrits dans la suite de la description sont destinés à coopérer avec un système externe afin d’effectuer effectivement les mesures.
Le dispositif microfluidique selon l’invention forme un contenant pour le liquide à analyser, ce contenant étant fonctionnalisé pour permettre des mesures optiques et des mesures électrochimiques. Le système externe comporte notamment une source de lumière et un capteur optique du faisceau lumineux transmis par le liquide à analyser, et mesure une différence de potentiel pour les mesures électrochimiques.
Le dispositif est particulièrement adapté à l’analyse d’espèces dans le sang total, en particulier d’au moins une espèce dont la concentration peut être mesurée optiquement, et d’au moins une espèce dont la concentration peut être mesurée électrochimiquement.
Le dispositif selon l’invention est adaptable à l’analyse d’espèces contenu dans tout autre fluide corporel, tel que la sueur, la salive, les larmes, l’urine, ou encore le plasma, par exemple après filtration, ou d’une manière générale à tout autre fluide contenant un analyte à détecter. L’analyte peut être un ion potassium, sodium, magnésium, fer, calcium, lithium, chlore, ou encore hydrogène.
Certaines molécules, telles que l’hémoglobine, absorbent la lumière à certaines longueurs d’onde. En mesurant cette absorption il est possible de remonter directement à leur concentration.
Le dispositif selon l’invention peut permettre de mesurer les concentrations de nombreux analytes sanguins.
La mesure électrochimique peut se réaliser en mode potentiométrique, ampérométrique ou en spectroscopie d’impédance électrochimique.
Par exemple, il permet de mesurer la concentration d’espèces ioniques, telles que le potassium, le sodium, le lithium, le chlorure, le magnésium, le calcium, le fer, la concentration d’espèces neutres, tels que la créatinine, l’acide urique, l’acide lactique, le glucose. La mesure de concentrations est réalisée de manière électrochimique. Il est possible de déterminer le pH.
Le dispositif selon l’invention permet de mesurer la concentration en espèce optiquement absorbante, telles que l’hémoglobine, l’albumine, la bilirubine.
Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation d’un dispositif D1 de mesure d’espèces dans le sang, les espèces étant l’hémoglobine, le potassium et la créatinine.
Dans l’exemple représenté, le dispositif D1 comporte un corps ayant une forme de parallélépipède rectangle de faible épaisseur dont la longueur s’étend dans la direction X entre une première extrémité longitudinale et une deuxième extrémité longitudinale. Un corps ayant toute autre forme allongée entre dans le cadre de la présente invention.
Le corps présente une largeur dans la direction Y et une épaisseur dans la direction Z normale aux directions X et Y.
Le corps comporte un fond inférieur 2 et un fond supérieur 4 ou couvercle (figure 2).
Le dispositif D1 comporte un réseau microfluidique comprenant une première chambre fluidique C1 configurée pour permettre des mesures optiques et une deuxième chambre fluidique C2 de mesure électrochimique et des canaux 6, 8 d’alimentation des chambres C1 et C2. Le dispositif D1 comporte également un orifice 10 d’injection du sang dans le circuit microfluidique pour alimenter les chambres C1 et C2.
Une goutte de sang est déposée au niveau de l’orifice d’injection 10. Par exemple elle est prélevée sur le patient au moyen d’une lancette, puis introduite dans le dispositif.
De préférence, au moins la surface intérieure des chambres et des canaux sont hydrophiles afin de permettre un remplissage spontané des chambres par capillarité,ce qui permet avantageusement d’éviter de recourir à une pompe, des vannes et des connectiques fluidiques pour le remplissage. Par exemple un traitement hydrophile de la surface intérieure des canaux et des chambres est réalisé. Dans le cas d’un dispositif en verre qui présente naturellement des propriétés hydrophile, un traitement n’est en général pas requis. Lorsque le dispositif est réalisé en matériau plastique, un traitement pour rendre la ou les surfaces hydrophiles est avantageusement réalisé, par exemple le traitement peut consister en un passage au plasma O2.
En outre le diamètre des canaux est adapté pour permettre ce remplissage par capillarité.
La première chambre C1 et la deuxième chambre C2 sont disposées l’une à côté de l’autre et présentent des formes allongées s’étendant dans la direction longitudinale. La première chambre C1 s’étend entre une première extrémité longitudinale C1.1 et une deuxième extrémité longitudinale C1.2 et la deuxième chambre C2 s’étend entre une première extrémité longitudinale C2.1 et une deuxième extrémité longitudinale C2.2.
Les canaux d’alimentation 6, 8 sont connectés respectivement aux chambres C1 et C2 au niveau de leur première extrémité longitudinale C1.1 et C2.1. Dans cet exemple les chambres sont alimentées en parallèle. Les chambres peuvent être connectées en série, l’une à la suite de l’autre.
Le circuit microfluidique comporte avantageusement au moins un évent connecté aux chambres C1 et C2 pour faciliter le remplissage des chambres. Dans l’exemple représenté, il comporte deux évents 12, 14, l’un étant relié à la chambre C1 par un canal 16 au niveau de l’extrémité longitudinale C1.2, et l’autre 14 étant relié à la chambre C2 par un canal 18 au niveau de l’extrémité C2.2.
La première chambre C1 comporte au moins une zone transparente pour le passage d’un faisceau lumineux en vue de la mesure optique. Par exemple, le fond inférieur et le fond supérieur comportent chacun au moins une partie transparente en regard pour la transmission du faisceau lumineux selon la direction Z. Avantageusement le fond inférieur et le fond supérieur sont entièrement en matériau transparent, ce qui simplifie la fabrication. En outre, cela permet de vérifier le bon remplissage des chambres.
Par exemple le fond inférieur et le fond supérieur sont réalisés en matériau transparent de type verre, en matériau polymère PMMA, (PolyMéthylMétAcrylate), PC (« PolyCarbonate »), COC ("Cyclic Olefin Copolymer"), PS (polystyrène), PP (Polypropylène), PET (poly(téréphtalate d'éthylène)).
De manière avantageuse, la première extrémité C1.1 de la chambre C1 présente une forme s’évasant en direction de l’extrémité C1.2, permettant de réduire l’apparition de bulles. Par ailleurs, la chambre C1 est avantageusement suffisamment longue pour permettre, en cas d’apparition de bulles, que celles-ci soient repoussées à l’extrémité C1.2 de la chambre C1 et qu’elles n’interfèrent pas avec la zone optique.
Sur la figure 2, on peut voir une variante de réalisation dans laquelle la première extrémité C1.1 de la chambre C1 a une forme triangulaire.
En outre la chambre C1 présente avantageusement une largeur inférieure à 3 mm réduisant encore le risque de formation de bulle et supérieure à 1 mm pour permettre la mesure optique.
De préférence, la hauteur de la chambre C1 est comprise entre 50 µm et 200 µm pour permettre l’analyse du sang total non lysé par méthode optique, de sorte à avoir une épaisseur de liquide permettant d’avoir suffisamment d’informations tout en évitant que la chambre devienne opaque.
La deuxième chambre C2 comporte des moyens pour permettre des mesures électrochimiques. Ces moyens comportent au moins une paire d’électrodes permettant la mesure de la concentration en une espèce donnée, i.e. une électrode de travail spécifique à l’analyte recherché et une électrode de référence.
Dans l’exemple représenté, les moyens de mesure électrochimique comportent trois capteurs électrochimiques. Un capteur pour la mesure du potassium, un capteur pour la mesure de la créatinine et un autre capteur également pour mesurer la créatinine en cas de défaillance du premier capteur. En variante cette autre capteur permet de suivre le pH ou alors le NH4 +endogène. Il sera compris que le nombre de capteurs n’est pas limitatif. Chaque capteur comporte au moins une électrode de travail spécifique 24, 26, 28 et une électrode de référence 30 commune par rapport à laquelle la différence de potentiel est mesurée. En variante, chaque capteur comporte sa propre électrode de référence.
De manière préférée, les électrodes 24, 26, 28 et l’électrode de référence 30 sont alignées le long de la direction X permettant de disposer d’une chambre C2 présentant une grande dimension dans la direction X, par rapport aux dimensions dans les autre directions, ce qui est avantageux pour limiter le risque d’apparition de bulles.
De préférence, les chambres C1 et C2 a une largeur d’au moins 2 mm permettant de limiter le piégeage des bulles dans les chambres.
Plusieurs électrodes de travail, par exemple deux électrodes de travail peuvent être utilisées par espèce chimique dont on souhaite mesurer la concentration, par exemple pour fiabiliser les mesures, par exemple cela peut permettre de mesurer par exemple un interférent qui perturbe la mesure et diminue la précision, en utilisant par exemple une électrode sélective aux ions spécifique à cet interférent.
La chambre C2 a une largeur de l’ordre des dimensions extérieures des électrodes, par exemple une largeur de 2 mm.
Le dispositif comporte également des conducteurs électriques 32.1, 32.2, 32.3, 32.4 chacun relié à une électrode 24, 26, 28, 30 des capteurs, destinés à connecter individuellement chacune des électrodes au système externe de mesure. Les conducteurs électriques s’étendent dans la direction X parallèlement les uns aux autres.
Les conducteurs électriques sont par exemple en Cr/Pt ou Cr/Au ou Ta/Pt.
Dans cet exemple, les électrodes et les conducteurs électriques sont formés sur le fond inférieur. Les conducteurs sont des pistes électriques formées de part et d’autre des électrodes.
Les conducteurs électriques s’étendent vers la deuxième extrémité du corps opposée à celle comportant l’orifice d’injection, et se connectent à des plots de contact ou des pattes de connexion électrique 33 en vue de leur connexion au système externe.
Dans cet exemple, il s’agit de pattes de connexion. Celles-ci ne sont pas recouvertes par le fond supérieur permettant sa connexion électrique par le dessus avec le système externe.
En variante, les pistes débouchent dans la deuxième extrémité du corps et forment une partie mâle destiné à coopérer avec un connecteur femelle du système externe.
Le fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit.
Le patient prélève une ou 2 gouttes de sang au moyen d’une lancette et dépose la goutte de sang dans l’orifice d’injection, le sang s’écoule dans les canaux et remplit les chambres C1 et C2 par capillarité. La quantité de sang requise pour les différentes mesures est très faible.
Le dispositif est ensuite connecté à un système d’analyse. Lorsque le dispositif est connecté, une source lumineuse et un capteur optique sont disposés de part et d’autre de la chambre C1 dans la direction Z, et les conducteurs électriques des capteurs de la chambre C2 sont reliés électriquement à des moyens mesurant des différences de potentiel entre l’électrode de référence 30 et l’électrode de travail 24, entre l’électrode de référence 30 et l’électrode de travail 26 et entre l’électrode de référence 30 et l’électrode de travail 28. Le système dispose alors des données pour déterminer les concentrations en hémoglobine (mesure optique), en potassium et en créatinine (mesures électrochimiques).
Le dispositif D1 permet en une seule étape et un seul prélèvement de sang de mesurer simultanément la concentration d’au moins trois analytes différents.
Le dispositif D1, du fait de sa compacité, présente des chambres de mesure de faible volume. Le réseau fluidique a avantageusement un volume compris entre 4 µL et 20 µL. Il en résulte qu’une goutte de sang suffit pour réaliser toutes les mesures, alors que généralement les systèmes existants requièrent une prise de sang.
En outre le dispositif est facilement utilisable par le patient, il peut donc être utilisé à domicile. Il ne requiert aucune manipulation complexe pour le patient ou une personne non expérimentée.
De plus le dispositif D1 forme généralement un déchet après utilisation. Sa petite taille limite donc son impact écologique et son coût de fabrication est réduit.
Sur la figure 3, on peut voir une variante de réalisation D3 du dispositif D1, comportant deux orifices d’injection 10’ et 10’’ distincts pour chaque chambre C1 et C2. Soit le patient dépose une goutte de sang dans chaque orifice d’injection 10 et 10’. Soit en variante, le dispositif comporte un boîtier de protection comportant un seul orifice qui divise en deux la goutte de sang et guide le sang vers les deux orifices d’injection 10 et 10’.
Le fonctionnement du dispositif D3 est similaire à celui du dispositif D1.
Sur la figure 4A, on peut voir un autre exemple de réalisation d’un dispositif microfluidique D4.
Le dispositif D4 comporte une chambre unique C3 configurée à la fois pour réaliser une mesure optique et pour réaliser les mesures électrochimiques.
La chambre C3 s’étend le long de la direction longitudinale X.
Les électrodes 24, 26, 28, 30 et la zone de mesure optique 34 sont alignées le long de la direction X. Dans cet exemple, deux électrodes sont disposées de part et d’autre de la zone de mesure optique 34. Dans le cas où le fond inférieur et le fond supérieur sont entièrement transparents la zone de mesure optique 34 est une zone sans électrode.
Les conducteurs électriques destinés à relier chaque électrode à des plots de contact avec le système extérieur s’étendent dans la direction longitudinale X parallèlement les uns aux autres.
Le dispositif comporte un orifice d’injection 36 disposé à la première extrémité du corps du dispositif et un évent 38 disposé à la deuxième extrémité du corps du dispositif, et directement connectés à la chambre C3.
Dans cet exemple, les mesures de concentration sont réalisées dans le même volume de sang.
La mise en œuvre d’un fond supérieur et d’un fond inférieur entièrement en matériau transparent à la lumière est particulièrement intéressante dans cet exemple, car elle permet de réaliser une caractérisation optique et électrochimique du fluide en même temps sur le même échantillon et dans la même chambre.
Sur les figures 4B et 4C on peut voir des dispositifs D5 et D6 formant des variantes du dispositif D4 dans lequel la disposition relative de la zone de mesure optique et des électrodes est différente.
Il sera compris que le dispositif peut comporter au moins une électrode de travail et une électrode de référence, ou une électrode de référence et deux électrodes de travail ou plus, permettant alors de déterminer les concentrations de plus de deux espèces par mesures électrochimiques.
Il sera compris également que le dispositif peut comporter plusieurs zones de mesure optique ou une zone de mesure optique permettant de mesurer l’absorption de plusieurs espèces simultanément. De préférence on dispose d’un faisceau lumineux large bande et un seul capteur optique comprenant plusieurs cellules avec des filtres. En variante, le système externe comporte plusieurs sources de lumière à des longueurs d’onde différentes et plusieurs capteurs optiques pour mesurer les différentes absorptions des différentes espèces.
En variante, on peut envisager de réaliser une chambre de mesure électrochimique comportant plusieurs lignes d’électrodes parallèles. De préférence, les dimensions des électrodes sont suffisamment petites pour conserver une chambre de largeur réduite, par exemple égale à 2 mm.
En variante, des électrodes en matériau transparent à au moins certaines longueurs d’onde sont utilisées, ce qui permet d’utiliser la zone en regard d’une électrode comme zone de mesure optique pour ces longueurs d’onde.
En outre, le dispositif peur comporter plus de deux chambres, les chambres étant disposées en tout ou partie les unes à côté des autres dans la direction Y et/ou les unes à la suite des autres dans la direction longitudinale.
De manière très avantageuse, le dispositif microfluidique est réalisé par les techniques de la microélectronique.
A titre d’exemple uniquement, un exemple de réalisation pratique d’un dispositif D3 va être donné.
Les dimensions extérieures du dispositif sont une épaisseur de 1,4 mm, une largeur de 4,6 mm et une longueur de 27 mm.
Les dimensions de la chambre sont une hauteur de 100 µm, une longueur de 13,5 mm et une largeur de 2,6 mm pour un volume 3,5 µL.
L’orifice d’injection a un diamètre de 2 mm et l’évent a un diamètre
de 1 mm.
de 1 mm.
Les électrodes ont un diamètre de 2,1mm.
Les fonds inférieur et supérieur sont formés de deux substrats en verre d’épaisseur de 700 µm chacun.
Les pistes électriques sont en Ta/Pt.
L’électrode de référence est en Ag/AgCl.
Les électrodes de travail sont différentes en fonction de l’analyte.
Dans le cas du potassium, on utilise une électrode ISE avec un transducteur formé avec l’encre carbone par exemple portant la référence Dupont® BQ242. Elle comporte une membrane ISE en PU-NPOE (Polyuréthane--Nitrophényl octyl éther) et comme ionophore spécifique la valinomycine.
Dans le cas de la créatinine, l’électrode de travail est un empilement d’un transducteur spécifique à la mesure pH et une membrane contenant l’enzyme, la créatinine déiminase. Cette dernière permet la réaction suivante:
Creatinine + H20 ----> N-Metylidantoin + NH4 +
La variation locale du taux de NH4+, notamment son élévation locale, est alors mesurée par l’électrode pH située en dessous de la membrane enzymatique.
De préférence, on utilise la sérigraphie comme procédé de fabrication qui particulièrement adaptée pour une fabrication industrielle du dispositif.
On peut alors utiliser des encres carbonées contenant un matériau sensible au pH, tel que les oxydes métalliques comme le TiO2, RuO2, RhO2, SnO2, Ta2O5, PdO, Hg2O, HgO, Sb2O3, OsO2, IrO2et PtO2,…les polymères conducteurs: Polyaniline, polypyrrole, l’oxyde d’iridium.
Par exemple, des particules d’oxydes d’iridium sont ajoutées à l’encre Dupont BQ242®. En variante, une encre contenant de la polyaniline peut être utilisée.
En alternative à la sérigraphie, on peut mettre en œuvre l’électropolymérisation de l’oxyde d’iridium ou de la polyaniline.
Un exemple de fabrication du dispositif D2 va maintenant être décrit.
Sur la figure 5, on peut voir une vue en éclaté du dispositif D2 mettant en œuvre des électrodes sélectives d’ions (ISE).
Deux substrats S1 et S2 sont utilisés. Les substrats sont avantageusement en matériau transparent à la lumière tel que cela est expliqué ci-dessus, par exemple en verre. Des étapes de micro-fabrication standard de la micro-électronique sont appliquées aux deux substrats.
Le premier substrat S1 forme le fond inférieur.
Sur la face avant du substrat S1 sont formées les électrodes et les pistes conductrices, par des procédés de photolithographie et de dépôt. Le matériau des électrodes est par exemple du chrome / platine (Ta/Pt).
Par exemple, le premier substrat S1 subit une étape de gravure chimique, puis une étape de métallisation pour réaliser les pistes électriques
On forme ensuite une couche de passivation de la couche métallique, par exemple par dépôt de SiO2. Lors d’une étape suivante, la couche de passivation est ouverte au niveau des électrodes.
Dans cet exemple, les électrodes sont recouvertes soit d’une membrane ISE, soit d’une membrane contenant une enzyme, des anneaux hydrophobes sont alors avantageusement préalablement formés permettant la mise en forme des membranes. En effet, pour fabriquer des membranes, un mélange de polymère et de molécules en suspension dans un solvant liquide est utilisé. Grâce aux anneaux hydrophobes, ce liquide ne se répand pas sur le substrat de manière incontrôlée mais forme une membrane bien localisée. Les anneaux sont par exemple réalisés en utilisant la méthode décrite dans le document FR 2960799.
Les transducteurs et l’électrode de référence sont ensuite réalisés par exemple par sérigraphie.
Les membranes solides sélectives sont ensuite déposées dans les anneaux.
La face avant du deuxième substrat S2 est structurée par exemple par gravure pour former les chambres, les canaux, l’orifice d’injection et les évents.
Par exemple, les canaux et les chambres sont réalisés par gravure chimique HF. L’orifice d’injection et l’évent sont par exemple réalisés par sablage.
Une couche de matériau adhésif 40, par exemple une résine époxy telle que le DELO Katiobond® 45952, est déposée sur la face avant du deuxième substrat S2 en vue de son assemblage avec le premier substrat S1. Cette couche 40 est par exemple réalisée par sérigraphie.
Les deux substrats S1 et S2 sont ensuite assemblés par leur face avant au moyen de la couche d’adhésif 40. Les deux substrats sont alignés, en particulier les électrodes sont alignées avec la gravure de la chambre C2.
L’empilement subit ensuite une insolation UV dans le cas d’une utilisation d’une colle UV comme dans cet exemple.
L’assemblage des substrats est étanche.
De préférence plusieurs dispositifs sont réalisées sur les substrats S1 et S2, et sont ensuite individualisés par découpe.
Le deuxième substrat S2 présente une longueur plus courte que le substrat S1 pour laisser à découvert l’extrémité libre des pistes électriques.
Les membranes pour la détection potentiométrique peuvent être avantageusement fabriquées par le procédé de fabrication suivant:
- fourniture d’une formulation comprenant un polymère dissous, un échangeur ionique, un ionophore, éventuellement un plastifiant, et un solvant choisi parmi les diacétates d’alkylène glycol, les éthers de glycol et leurs acétates,
- dépôt de la formulation sur un support, par exemple un transducteur,
- évaporation du solvant, de manière à former une membrane polymérique.
- fourniture d’une formulation comprenant un polymère dissous, un échangeur ionique, un ionophore, éventuellement un plastifiant, et un solvant choisi parmi les diacétates d’alkylène glycol, les éthers de glycol et leurs acétates,
- dépôt de la formulation sur un support, par exemple un transducteur,
- évaporation du solvant, de manière à former une membrane polymérique.
Claims (17)
- Dispositif microfluidique pour la mesure de concentration d’espèces chimiques dans un fluide corporel, comportant un corps s’étendant selon une direction longitudinale (X), au moins une zone de mesure optique, au moins une zone munie de moyens de mesure électrochimique, une zone de connexion électrique à un système extérieur, lesdits moyens de mesure électrochimique comportant au moins une électrode de travail (24, 26, 28) et une électrode de référence (30), des conducteurs électriques (32.1, 32.2, 32.3, 32.4) s’étendant dans la direction longitudinale (X) entre chaque électrode et les zones de connexion électrique, ledit corps comportant un réseau fluidique comprenant une ou plusieurs chambres (C1, C2, C3) et au moins un orifice d’injection du fluide corporel(10, 36) dans la ou les chambres (C1, C2, C3) et au moins un évent (12, 14, 38), la ou les chambres (C1, C2, C3) s’étendant le long de la direction longitudinale (X), la zone de mesure optique et la zone munie de moyens de mesure électrochimique étant situés dans la ou les chambres (C1, C2, C3).
- Dispositif microfluidique selon la revendication 1, dans lequel le corps est entièrement transparent à la lumière visible.
- Dispositif microfluidique selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les électrodes (24, 26, 28, 30) sont disposées le long de la direction longitudinale (X).
- Dispositif microfluidique selon la revendication 1, 2 ou 3, comportant deux chambres (C1, C2), l’une contenant la zone de mesure optique et l’autre contenant les moyens de mesure électrochimique.
- Dispositif microfluidique selon la revendication 4, comportant un orifice d’injection unique (10) et des canaux reliant l’orifice d’injection (10) aux deux chambres (C1, C2) en parallèle.
- Dispositif microfluidique selon la revendication 1, 2 ou 3, comportant une chambre unique (C3) dans laquelle la au moins une zone de mesure optique et la au moins une zone contenant les moyens de mesure électrochimique sont alignées le long de la direction longitudinale.
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le réseau fluidique comporte une surface intérieure hydrophile.
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la au moins une électrode de travail est une électrode sélective d’ions.
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la ou les chambres (C1, C2, C3) comportent une extrémité longitudinale directement reliée à l’orifice d’injection (10, 36), et dans lequel ladite extrémité présente une forme évasée en éloignement de l’orifice de remplissage (10, 36).
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la zone de mesure optique à une hauteur comprise entre 50 µm et 200 µm.
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la zone de connexion électrique est située à une extrémité longitudinale du corps à l’opposé de l’orifice d’injection (10, 36) par rapport à la ou les chambres (C1, C2, C3).
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel le corps comporte un premier substrat (S1) et un deuxième substrat (S2) superposés, le deuxième substrat (S2) comportant sur une face la zone de connexion électrique, ladite face étant en contact avec le premier substrat (S1).
- Dispositif microfluidique selon les revendications 12, dans lequel le premier substrat (S1) comporte le réseau fluidique et dans lequel le deuxième substrat (S2) comporte les électrodes et les conducteurs électriques.
- Dispositif microfluidique selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le premier substrat (S1) présente une dimension dans la direction longitudinale (X) plus petite que celle du deuxième substrat (S2) de sorte que la zone de connexion électrique soit découverte.
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 12 à 14, comportant une couche de matériau adhésif (40) sensible aux UV entre le premier substrat (S1) et le deuxième substrat (S2).
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel le volume total du réseau fluidique est compris entre 5 µL et 20 µL.
- Dispositif microfluidique selon l’une des revendications 1 à 16, dans lequel le fluide corporel est du sang et dans lequel la zone de mesure optique est utilisée pour la mesure de la concentration en hémoglobine et les moyens de mesure électrochimique sont configurés pour mesurer la concentration en potassium et en créatinine.
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|---|---|---|---|
| FR1912818A FR3103120A1 (fr) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | Dispositif microfluidique pour la mesure de concentrations d’especes dans un fluide corporel utilisant un faible volume |
| PCT/FR2020/052092 WO2021099725A1 (fr) | 2019-11-18 | 2020-11-17 | Dispositif microfluidique pour la mesure de concentrations d'especes dans un fluide corporel utilisant un faible volume |
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