WO2006003293A2 - Dispositif de manipulation de gouttes destine a l'analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d'analyse microfluidique - Google Patents

Dispositif de manipulation de gouttes destine a l'analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d'analyse microfluidique Download PDF

Info

Publication number
WO2006003293A2
WO2006003293A2 PCT/FR2005/001385 FR2005001385W WO2006003293A2 WO 2006003293 A2 WO2006003293 A2 WO 2006003293A2 FR 2005001385 W FR2005001385 W FR 2005001385W WO 2006003293 A2 WO2006003293 A2 WO 2006003293A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wetting
layer
track
electrodes
wetting layer
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/001385
Other languages
English (en)
Other versions
WO2006003293A3 (fr
Inventor
Jean-Christophe Fourrier
François Caron
Pierre Tabourier
Christian Druon
Original Assignee
Universite Des Sciences Et Technologies De Lille
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite Des Sciences Et Technologies De Lille, Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) filed Critical Universite Des Sciences Et Technologies De Lille
Priority to EP05775767A priority Critical patent/EP1781409B1/fr
Priority to CN2005800240790A priority patent/CN101031362B/zh
Priority to CA2568805A priority patent/CA2568805C/fr
Priority to US11/628,416 priority patent/US20080110753A1/en
Priority to KR1020067025513A priority patent/KR101179411B1/ko
Priority to JP2007514033A priority patent/JP4763690B2/ja
Priority to AT05775767T priority patent/ATE540756T1/de
Publication of WO2006003293A2 publication Critical patent/WO2006003293A2/fr
Publication of WO2006003293A3 publication Critical patent/WO2006003293A3/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B01L3/502792—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics for moving individual droplets on a plate, e.g. by locally altering surface tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502746—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means for controlling flow resistance, e.g. flow controllers, baffles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/006—Micropumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165—Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427—Electrowetting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/08—Regulating or influencing the flow resistance
    • B01L2400/084—Passive control of flow resistance
    • B01L2400/088—Passive control of flow resistance by specific surface properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04—PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

Definitions

  • the present invention relates to a drop handling device for biochemical analysis, a method of manufacturing such a device, and a microfluidic analysis system using such a device.
  • proteomics an activity related to the identification and study of proteins, tries to use new technologies to reduce sampled volumes that are handled, and to reduce contamination.
  • the objective is, in a general way, to control the micromanipulation of the material, before spectrometric analysis for example.
  • the problematic of the control of fluid flows is strategically important insofar as the material, for example proteins, can not be handled outside a liquid medium.
  • the invention thus relates to the field of microfluidics, which more generally concerns flows in systems of micrometric or nanometric size, in which the sample handled can be subjected to electric fields or wall effects of a physical or chemical nature. complex, and in which the high ratio surface / volume is of great importance.
  • the displacement of calibrated microvolumes has a number of advantages. Indeed, it allows very small volumes of liquids and allows a suitable control of microvolume flow while the continuous flow pumping is characterized by a constant flow. Moreover, this type of movement allows various synchronizations that allow the mixing of liquids for example.
  • different modes of action are known: by pneumatic action, by surface acoustic waves, with dielectrophoretic effect, by electrowetting, and by electrowetting on dielectric (EWOD). This last mode of action makes use of a relatively simple technological achievement and allows the control of the flow and the circulation of a calibrated volume of conductive liquid on a network of electrodes.
  • the nonwettability and the wettability with respect to water are respectively the properties of hydrophobicity and hydrophilicity.
  • a hydrophobic material is a non-wetting material with respect to water
  • a hydrophilic material is a wetting material with respect to water.
  • the wettability is generally characterized by the contact angle ⁇ between the drop 1 and the surface 2 (see FIGS. 1a to 1d). The wettability coefficient defined as the cosine of the above-mentioned angle is sometimes used.
  • FIGS. 1c and 1d illustrate intermediate cases of wettability ( ⁇ ⁇ 90 °) or non-wettability ( ⁇ > 90 °), respectively.
  • the problem posed by the non-wetting materials with respect to a liquid, in particular the hydrophobic materials, which are otherwise essential for the displacement, is that the surface properties of these materials prevent the creation of chemical surface treatment zones by the These materials are characterized by low surface energy. If one tries to localize the surface of such materials locally, which would allow the treated liquids to be treated chemically, the result is unreliable, difficult to control and too imperfect.
  • the alternative of making the non-wetting material more rough with respect to the liquid is not conceivable because it makes the ability of the material to favor the transport of the liquid lose. It is therefore necessary to use a layer of material that is partially wetting, that is to say that it must maintain the non-wetting character for movement, while creating wetting or high wettability for functionalization.
  • the layer of hydrophobic material is first subjected to a surface modification using of a plasma, to modify its hydrophobic properties, that is to say to make it less hydrophobic.
  • This technique also poses the problem of permanently modifying the surface properties of the hydrophobic material.
  • the invention relates, in a first aspect, to a device for handling drops on an electrowetting displacement plane which comprises at least one electrowetting displacement track and which makes it possible to chemically treat or interact with the droplet. simultaneously with its transport.
  • the displacement track comprises at least two interdigitated electrodes which rest on an electrically insulating substrate and which are covered by an insulating dielectric layer.
  • This set insulating substrate, electrodes, insulating dielectric layer, is covered with a partially wetting layer vis-à-vis the manipulated drops.
  • the partially wetting layer is therefore a partially hydrophilic layer.
  • the term "non-wetting, partially wetting or wetting" layer or material will be used for a respectively non-wetting, partially wetting or wetting layer or material. manipulated drops.
  • the device of the invention comprises, in another variant embodiment, at least one counter electrode distinct from the first electrodes. This counter electrode may be a ground line which will then be located on, under or in the partially wetting layer.
  • the device comprises a second track positioned opposite to and separated from the first track so that a space, intended to be filled by an immiscible electrically insulating fluid opposite the transported drop, is formed between the first and second tracks, the second track comprising a non-wetting layer directly in contact with the space thus formed.
  • This non-wetting layer of the second track is possibly partially wetting.
  • This non-wetting layer is also possibly covered with an upper layer which is either electrically insulating, semiconductive, or conductive.
  • the second track comprises one or more counter-electrodes located between the non-wetting layer and the upper layer. It optionally comprises an insulating dielectric layer which will be located between said non-wetting layer and said one or more counter electrodes.
  • the partially wetting layer of the first track and / or the second track comprises non-wetting areas and wetting areas, the wetting areas being reactive functionalized areas.
  • the device for handling drops in a plane of the invention comprises two tracks separated by a space intended to be filled by an immiscible electrically insulating fluid with respect to the drop carried.
  • the first track comprises an electrically insulating layer or substrate on which at least two interdigitated electrodes are based. On this set rests a non-wetting layer.
  • the second track includes a partially wetting layer.
  • the partially wetting layer of the first track and / or the second track includes non-wetting areas and wetting areas, the wetting areas being reactive functionalized areas.
  • the first track also comprises an insulating dielectric layer between the electrodes and the non-wetting layer.
  • the device in this embodiment variant comprises a ground line located on, under or inserted into the non-wetting layer.
  • the second track comprises an electrically insulating upper layer, semiconductor, or conductive.
  • the electrically insulating substrate of the first track is preferably transparent, such as a glass substrate.
  • the wetting zones are biochemically functionalized and reactive. These wetting zones are preferably openings in non-wetting areas.
  • the non-wetting material constituting the non-wetting layer and / or the non-wetting areas of the partially wetting layer is a tetrafluoroetylene polymer.
  • the device of the invention advantageously makes it possible to manipulate a drop of liquid, by transporting it on a plane by electrowetting, on a single track or between two tracks facing each other, with or without the use of a counter-electrode, while acting chemically on the drop as it passes over chemically functionalized zones.
  • the desired optimization is thus obtained: concentrate the preparatory treatments for a subsequent analysis in a microsystem, during transport, to avoid contamination and losses on very expensive samples and in small volumes, while taking into account the aforementioned constraints microfluidics.
  • the invention relates to a method of manufacturing the aforementioned device, in which the creation of the partially wetting layer of the first or second track is derived from the so-called "lift off” technique used in microelectronics for create metal patterns.
  • This technique of the "lift off” as it is known if it allows the deposition of the non-wetting layer in the last step, thus avoiding a detrimental surface treatment, is however not suitable for creating patterns in such a way.
  • non-wetting material in particular a hydrophobic material, such as a tetrafluoroetylene polymer, because it does not make it possible to obtain wetting zones sharp and precise in this non-wetting material.
  • the invention thus relates, according to this second aspect, to a manufacturing method of the aforementioned device, in which the creation of the partially wetting layer of the first or second track comprises the following steps: creation of a mask of photosensitive material by depositing the photosensitive material on a substrate, photolithography, then revealing the photosensitive material; depositing a non-wetting material on the mask; at least one annealing before dissolution; dissolution of the mask; at least one annealing after dissolution.
  • the annealing temperature before dissolution is lower than the annealing temperature after dissolution.
  • the first annealing before dissolution is followed by at least one other annealing at a temperature greater than that of the first annealing.
  • the first annealing after dissolution is followed by at least one other annealing at a temperature higher than that of the first annealing.
  • the dissolution of the mask is followed by rinsing.
  • the nonwetting material deposited is a tetrafluoroetylene polymer.
  • the method of the invention advantageously allows the creation of a partially wetting layer which contains sharp and precise wetting zones, adapted to a chemical functionalization, and which contains non-wetting areas which retain their high nonwetting properties necessary for transport of drops.
  • the layer of non-wetting material is deposited in the last step and does not undergo surface treatment, so does not undergo any change in its surface properties.
  • the invention relates, according to a third aspect, to a microfluidic analysis system of a liquid sample which comprises at least one least one means for preparing the sample, coupled to at least one drop handling device according to the invention and as mentioned above, itself coupled to at least one analysis means.
  • the preparation means comprises one or more tanks or loading docks.
  • the analysis means is a mass spectrometer, a fluorescence detector, a UV emission detector, or IR.
  • the system according to the invention is optionally integrated into a microsystem that integrates itself one or more laboratory operations usually performed manually, and that will be called micro-laboratory.
  • FIGS. 1a to 1d schematically illustrates the property of non-wettability or wettability of a surface with respect to a drop
  • FIGS. 2a to 2r show schematically different variants.
  • embodiment of the device according to the invention sectional views perpendicular to the direction of movement of the drop
  • - Figure 3 schematically shows the displacement of a drop on a track of the device according to a first variant of production
  • FIG. 4 shows diagrammatically the displacement of a droplet on a track of the device according to a second embodiment variant
  • FIG. 5 schematically represents the method for creating openings in a non-wetting material according to the conventional photolithographic technique using a surfactant; in the resin,
  • FIG. 6 schematically represents the process for creating openings in a non-wetting material according to the conventional photolithographic technique with plasma surface modification
  • FIG. 7 schematically represents an alternative embodiment of the process for creating openings in a non-wetting material according to the invention
  • FIG. 8 schematically illustrates the chemical functionalization of a wetting zone
  • FIG. 9 schematically illustrates the chemical treatment of a drop of a sample during its displacement
  • FIG. 10 shows schematically an alternative embodiment of the system according to the invention.
  • Figures 2a to 2r show schematically different embodiments of the device of the invention (sectional views perpendicular to the direction of movement of the drop).
  • the device comprises at least one track with a substrate 1, preferably but not necessarily transparent, for example Pyrex ® .
  • a substrate 1 preferably but not necessarily transparent, for example Pyrex ® .
  • interdigital electrodes 2 preferably but not necessarily transparent, for example Pyrex ® .
  • FIGS. 3 and 4 The notion of interdigital electrodes will be specified below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • insulating dielectric layer 3 consisting for example of oxides or polymers.
  • non-wetting layer 4 which is rendered partially wetting by the method of creating wetting openings 5 in the non-wetting material 4, which process will be described in more detail a little further with reference to FIG. 7.
  • the device comprises a single track consisting of layers 1, 2, 3 and 4.
  • the device of FIG. 2a makes it possible to implement a movement by electrowetting that does not require counter-electrodes. , which will be explained below with reference to FIG. 3.
  • the devices of FIG. 2b each have a counter-electrode in the form of a ground line 6 placed on the partially wetting layer 4 (FIG. 2b) inserted into and not covered by the partially wetting layer 4 ( Figure 2c), or inserted into and covered by the partially wetting layer 4 ( Figure 2d).
  • the devices of FIGS. 2b to 2d make it possible, for their part, to implement electrowetting displacement with a ground line for a counter-electrode, a displacement which will be described below with reference to FIG. 4.
  • Figures 2e and following show alternative embodiments in which we add a second track formed of a non-wetting layer 7 itself covered with an upper layer 8 which can be either electrically insulating or electrically semiconductive or still electrically conductive .
  • This second track is placed opposite the first, with use of shims 9 to maintain a displacement space 10 to be filled with an immiscible electrically insulating fluid with respect to the drop carried.
  • the fluid filling the space 10 must actually be electrically insulating.
  • the fluid in order not to interact with the drop carried, the fluid must actually be immiscible with respect to the liquid. It may be for example air or oil, in the case of a drop of aqueous solution.
  • FIGS. 2f to 2h show variants of realization which are respectively based on the devices of Figures 2b to 2d which is added a second track as described above.
  • the second track further comprises one or more counter-electrodes 11 inserted between the non-wetting layer 7 and the upper layer 8. Therefore, no ground line is used, unlike to the devices of Figures 2f to 2h, since the counter-electrode is present in the second track.
  • the mode of displacement is however identical to that of Figures 2f to 2h.
  • FIGS. 2j to 21 sectional views perpendicular to the direction of displacement of the droplet
  • FIGS. 2f to 2h variant embodiments of FIGS. 2f to 2h
  • the non-wetting layer 7 of the second track is rendered partially wetting by the method of creating wetting openings 5 in the non-wetting material 7 which will be described later with reference to FIG. 7.
  • FIG. 2m describes an alternative embodiment based on that previously described in FIG. 2e with the following difference: the non-wetting layer 7 of the second track is rendered partially wetting by the process of creating wetting openings 5 in the non-wetting material wetting 7 which will be described later with reference to Figure 7.
  • the variant embodiment of FIG. 2n is in turn derived from the variant embodiment of FIG. 2i with the following two differences: the non-wetting layer 7 of the second track is rendered partially wetting by creating wetting openings 5 in the non-wetting layer 7 according to the method which will be described below with reference to FIG. 7; and, to enable the biochemical functionalization of these wetting apertures without interactions with the counter-electrode (s) 11, an insulating dielectric layer 12 similar to that present in the first track is inserted between the partially wetting layer 7 and the counter-electrode (s) 11.
  • the embodiment variant described in FIG. 2o relates to a device with two tracks.
  • the first track differs from the first track of the preceding embodiments in that the non-wetting layer 4 which constitutes it is not partially wetting: no wetting opening is created in this non-wetting layer 4.
  • this variant embodiment does not require an insulating dielectric layer between the interdigital electrodes 2 and the non-wetting layer 4 in the case where this non-wetting layer 4 is itself electrically insulating. This is particularly the case for a hydrophobic layer made of a material such as a tetrafluoroethylene polymer. However, in practice, such a material is effectively electrically insulating only if the thickness of the layer is important (thickness of about one micrometer).
  • the second track is identical to that of the embodiments of Figures 2j to 2m.
  • the non-wetting layer 4 is not partially wetting since it does not comprise the openings 5.
  • These variant embodiments are therefore derived respectively from the variants of FIGS. 2k and 21, with the difference above (layer 4 completely non-wetting, while in the variants of Figures 2k and 21, it is partially wetting).
  • the alternative embodiment of FIG. 2r shows the mode of displacement of FIGS.
  • this variant embodiment does not require an insulating dielectric layer between the interdigital electrodes 2 and the non-wetting layer 4 in the case where this non-wetting layer 4 is itself electrically insulating, this is particularly the case for a hydrophobic layer made of a material such as a tetrafluoroethylene polymer.
  • such a material is effectively electrically insulating only if the thickness of the layer is important (thickness of about one micrometer). Also, in the cases of Figure 2r where the thickness of the non-wetting layer 4 is not sufficient, it can be inserted between the interdigital electrode layer 2 and the non-wetting layer 4 an insulating dielectric layer of the type of the layer 3 of the other figures.
  • Figure 3 schematically shows the displacement of a drop on a track of the device according to an alternative embodiment.
  • This figure is broken down into two parts.
  • the representation of the device is a representation in top view and partial in that it does not show the non-wetting layer or partially wetting or insulating dielectric layer, located between the drop 15 and the electrodes 1, 2, 3 and 4.
  • the lower part shows the representation of the device in the lower part.
  • the representation of the device is a representation in section from the side, in the direction of movement of the drop.
  • the device is of the type of that of Figure 2a, that is to say with a single track.
  • the following explanations concerning the displacement of the drop are applicable more generally to the cases of FIGS. 2a, 2e, 2m and 2r, that is to say a displacement on a track with interdigital electrodes, without counter-electrodes, possibly with a second upper plane.
  • the device therefore requires several interdigitated electrodes (1, 2, 3, 4) which rest on an electrically insulating substrate 10, possibly transparent.
  • On the layer of interdigitated electrodes there is an insulating dielectric layer 11 and a non-wetting layer 12.
  • This non-wetting layer 12 may be partially wetting according to the configuration in which one is located (see Figure 2 concerned), which does not modify not the following explanations about moving.
  • the drop 15 is initially on the electrode 2 (step A). By creating a potential difference between the electrode 3 and the electrodes 1, 2 and 4, the drop moves on the electrode 3 (step B). To move it on the electrode 4, a potential difference is created between the electrode 4 and the electrodes 1, 2 and 3. And so on.
  • the representation of the device is a representation in top view and partial in that it does not show either the non-wetting or partially wetting layer or the insulating dielectric layer, located between the drop 15 and the electrodes 1, 2, 3 and 4.
  • the representation of the device is a representation in section from the side, in the direction of displacement of the drop.
  • the device presented corresponds to a device with a single track and a ground line as a counter-electrode, as previously described in FIG. 2b.
  • the following explanations concerning the displacement of a droplet on this device are also applicable to the cases of FIGS. 2c, 2d, 2f, 2g, 2h, 2j, 2k, 2I 1 2o,
  • the device comprises a layer of interdigital electrodes (1, 2, 3, 4) which rest on an electrically insulating and possibly transparent substrate. Above this layer of electrodes is an insulating dielectric layer 11. Above this insulating dielectric layer 11 is a non-wetting layer 12. This layer is optionally partially wetting, depending on the configuration in which it is located ( see Figures 2). Above this non-wetting layer 12 (possibly partially wetting), there is a ground electrode or ground line.
  • the drop 15 is initially on the electrode 2 (step A). By creating a potential difference between the electrode 3 and the electrodes 1, 2, 4 and the ground electrode, the drop moves on the electrode 3 (step B). To move the drop on the electrode 4, a potential difference is created between the electrode 4 and the electrodes 1, 2, 3 and the ground electrode, and so on.
  • FIG. 5 schematically represents the steps of the method of creating an opening in a non-wetting material, which renders it partially wetting, according to the conventional photolithographic technique with surfactant.
  • step (a) a layer of non-wetting material 2 is deposited on a substrate 1.
  • step (b) a layer of resin 3 containing a surfactant is deposited on the non-wetting layer 2.
  • the surfactant allows to increase the wettability of the non-wetting layer with respect to the resin, so the attachment of the resin on this layer.
  • step (c) the actual photolithographic step, the layer 3 is subjected to UV radiation.
  • the ultraviolet radiation causes a rupture of the macromolecules of the exposed zones, which gives these zones an increased solubility to the developing solvent which will be used in step (d), while the non insolated on the opposite will have polymerized.
  • the revelation of the resin is accompanied by an attack of the exposed non-wetting material and thus the appearance of the zones or openings 4 in the non-wetting layer 2 (step (e)).
  • This technique is accompanied by the risk of permanently modifying the surface properties of the non-wetting material due to the use of the surfactant in the resin.
  • Figure 6 shows schematically the steps of the method of creating openings in a non-wetting material according to the conventional photolithographic technique with plasma.
  • This technique differs from the previous one in that it comprises a further step of subjecting the non-wetting layer 2 to plasma-argon radiation (step (b)) prior to deposition of the resin layer. It is this radiation that will modify the surface properties of the non-wetting layer 2, whereas in the previous technique (FIG. 5), it is the presence of the surfactant in the resin that plays this role.
  • the following steps ((c), (d), (e), (f)) are respectively the same as steps (b), (c), (d) and (e) of Figure 5.
  • the conclusion is the same as for the conventional photolithographic technique with surfactant, namely that there is a risk of permanent modification of the surface properties of the non-wetting layer 2.
  • the method of the invention is therefore a method of manufacturing one or more tracks of the device described above, in which the creation of the partially wetting layer firstly comprises a step of creating a mask of photosensitive material by depositing a layer of this material 2 on a substrate 1 (step (a)), photolithography (step (b)), and revealing the photosensitive material (step (c)).
  • a negative resin is used as the photosensitive material, that is to say for which the UV radiation causes a polymerization of the insolated zones, resulting in increased solubility of the unexposed zones. in the developer.
  • step (b) It is therefore the areas not exposed to step (b) that disappear in step (c), while the areas exposed to step (b) remain present in step (c) and are marked by the Figure 2.
  • a negative resin is of course not limited to the invention.
  • the considerations of the process of the invention are exactly the same in the case of the use of a positive resin.
  • Step (c) is followed by a step (d) of depositing a layer of non-wetting material 3.
  • the step (d) of deposition of the non-wetting material 3 is followed by a first annealing step.
  • a first annealing step Depending on the material chosen (tetrafluoroethylene polymer for example), it is possible to anneal at 50 ° C. for 5 minutes.
  • this annealing is followed by another complementary annealing. This other annealing can then be carried out at a temperature of 110 ° C. for 5 minutes also.
  • step (e) In the particular case of a hydrophobic material such as a tetrafluoroethylene polymer, at this stage, very little solvent remains in the material. But it will take a second annealing step after dissolution of the resin mask 2 (step (e) .In fact, at the annealing temperatures of the hydrophobic material, the resin polymerizes which makes it difficult to remove.This may have the consequence of leaving traces of resin on the substrate.These traces may be difficult or impossible to remove during the next step of dissolution, which may to modify the surface properties of the partially wetting layer (partially hydrophilic in the case of wettability with respect to water): the openings may not be perfectly non-wetting (or hydrophobic for non-wettability with respect to water) and unopened areas may not be perfectly non-wetting (hydrophobic). Therefore, before proceeding to this second annealing step, we will first dissolve the resin for example in acetone, for example for 30 to 40 seconds. Preferably, but not necessarily, this dissolution
  • the second annealing step is carried out, for example (depending on the material chosen) at 170 ° C. for 5 minutes, which has the effect of completely removing the solvent that may be present in the hydrophobic material.
  • another complementary annealing is carried out, for example at 330 ° C. for 15 min.
  • the method of the invention advantageously makes it possible to create a partially wetting layer in a non-wetting material.
  • This result is achieved by creating openings in the non-wetting material, which become wetting areas, adapted to chemical or biochemical functionalization.
  • the unopened areas remain perfectly non-wetting and thus retain their high nonwetting properties necessary for the transport of drops.
  • the fact that the layer of non-wetting material is deposited in the last stage of the process unlike the state of the art, makes it possible not to subject this surface treatment material (technique using a surfactant, or using a plasma-argon).
  • the device of the invention therefore comprises at least one layer made partially wetting by creating wetting openings in a non-wetting layer, as explained above. These areas wetting agents will be able to be activated and chemically functionalized (FIG. 8) and then react with the manipulated drop (FIG. 9). We will therefore use the principle of displacement of the drop as explained above to activate the areas not yet functionalized with a drop containing an agent for functionalization.
  • FIG. 8 (representation mode identical to that of the upper part of FIGS. 3 and 4 is seen in top view and in partial view, that is to say without the respectively insulating and non-wetting dielectric layers between interdigitated electrodes and the drop) that a drop containing an agent allowing the functionalization 15 starting from the electrode 1 moves on the electrode 2, above a functionalizable zone 5 and then arrives on the electrode 3 after having activated and chemically functionalized zone 5.
  • FIG. 9 (representation mode identical to that of the upper part of FIGS. 3 and 4, in top view and partial view, that is to say without the respectively insulating and non-wetting dielectric layers between the interdigital electrodes and the drop), we see how a drop 15 moving on the track is first on the electrode 1 and then passes on the electrode 2 above which is the functionalized zone 5, and arrives, modified, on the electrode 3 after reaction with the functionalized zone.
  • FIG 10 shows schematically an alternative embodiment of the system according to the invention.
  • the system comprises one or more means 1 for preparing the liquid sample to be analyzed, one or more drop-handling devices 2 according to the invention and as explained above, and one or more means 3 for analyzing the output.
  • the means 1 of preparation may comprise for example one or more tanks or loading docks.
  • the analysis means 3 may be, for example, a mass spectrometer, a fluorescence detector or a UV emission detector.
  • the device 2 according to the invention at the heart of this system, is coupled upstream with the means 1 of preparation, and downstream with the means 3 or analysis.
  • the system according to the invention can thus be optionally integrated in a microsystem that itself integrates one or more laboratory operations usually performed manually. Such a system is called micro-laboratory.
  • the device of the invention comprising a substrate of Pyrex ®, conductive interdigitated electrodes of nickel of a thickness of one hundred nanometers, a layer about one micrometer of resin SU8 deposited by centrifugation, insulating dielectric layer. Finally, the device comprises a hydrophobic layer of tetrafluoroethylene polymer, also deposited by centrifugation, on the previously mentioned resin layer.
  • Example of an Affinity Reactor The zones not covered by the hydrophobic layer will undergo a surface treatment intended to transform them into a reactive surface, for example a grafted-NH 2 support Streptavidin.
  • a drop of liquid containing proteins for example, and moving in the path of electrodes on a functionalized zone will see its molecules of interest (certain proteins such as biotin for example). ) having an affinity for previously grafted surfaces during functionalization, attach to these surfaces.
  • the drop continues its way into the device.
  • a specific mixture for example a denaturing buffer mixture
  • a drop of liquid moving in the electrode path is immobilized on a functionalized zone, and certain molecules of interest (proteins for example) will react with the grafted surfaces.
  • the result of such a reaction will be to cut the molecules (for example peptides obtained by tryptic digestion). Thereafter, gout continues its way into the device.
  • Such a device therefore makes it possible, for example, to analyze long chains of molecules by preliminary cutting by means of specific enzymes, for analysis by mass spectrometry.
  • the device, the method, and the system of the invention therefore make it possible to produce the basic elements of a microsystem intended to move microdrops from one functionalized zone to another, in an architecture that is perfectly suited to upstream or downstream integration with other complementary functions.
  • tetrafluoroethylene polymer material for the non-wetting or partially wetting layer is not limiting of the invention.
  • a tetrafluoroethylene polymer is a suitable choice in that it is effectively non-wetting, especially, but not only, with respect to water, therefore hydrophobic. More generally, we will always focus on a non-wetting material, which is biocompatible (does not adsorb material transported, does not mix with the transported material, does not cause chemical reactions, does not release material). It must be neutral with regard to the preceding explanations, and also to present a homogeneity of its properties on the surface.
  • the choice of silicon or Pyrex ® for the substrate is of course not limiting of the invention. This is also the case of the choice of a positive or negative resin in the context of the manufacturing process of the device of the invention. It will also be noted, again in the context of the manufacturing process of the device of the invention, that the temperatures and times of the annealing steps of the process are not limiting of the invention, and are essentially a function of the nonwetting material chosen. Also, the use of acetone for dissolution and an alcohol for rinsing is not limiting of the invention. Any other product suitable for dissolution and rinsing may be used.
  • the examples of displacement in a given direction are not limiting of the invention.
  • the displacement possibilities depend essentially on the geometrical arrangement of the electrodes.
  • An array of electrodes makes it possible to obtain a displacement of matrix type.
  • the shape of the electrodes in the examples of this description is of course not limiting of the invention. Any other form allowing the interdigitation of the electrodes is suitable.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

L'invention a pour premier objet un dispositif de manipulation de gouttes sur un plan de déplacement par électromouillage, comprenant au moins une piste de déplacement. La piste comprend un substrat électriquement isolant à la surface duquel reposent deux ou plusieurs électrodes conductrices interdigitées. Ces électrodes sont recouvertes d'une couche diélectrique isolante, elles-mêmes recouvertes d'une couche partiellement mouillante. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication du dispositif précité dans lequel la création de la couche partiellement mouillante comprend la création d'un masque en matériau photosensible par dépôt de ce matériau sur un substrat, une étape photolithographique, la révélation du matériau photosensible, le dépôt d'un matériau non mouillant sur le masque, au moins un recuit en dissolution, dissolution du masque, et au moins un recuit après dissolution. L'invention se rapporte enfin à un système d'analyse microfluidique d'un échantillon de liquide, qui comprend au moins un moyen de préparation de l'échantillon de liquide couplé à au moins un dispositif de manipulation de gouttes selon l'invention, lui-même couplé à au moins un moyen d'analyse de l'échantillon.

Description

DISPOSITIF DE MANIPULATION DE GOUTTES DESTINE A
L'ANALYSE BIOCHIMIQUE, PROCEDE DE FABRICATION DU
DISPOSITIF, ET SYSTEME D'ANALYSE MICROFLUIDIQUE
La présente invention a pour objet un dispositif de manipulation de gouttes destiné à l'analyse biochimique, un procédé de fabrication d'un tel dispositif, ainsi qu'un système d'analyse microfluidique utilisant un tel dispositif.
De nos jours, les nouvelles technologies permettent de concevoir des systèmes de taille micro et nanométrique jusqu'à des niveaux de complexité importants. Idéalement, ces systèmes sont pourvus de toutes sortes de fonctionnalités, et sont utilisés dans de nombreux domaines tels que la biologie ou la biochimie. En particulier, la protéomique, activité liée à l'identification et l'étude des protéines, tente d'utiliser les nouvelles technologies pour réduire les volumes échantillonnés que l'on manipule, et diminuer la contamination. L'objectif est, d'une manière générale, de contrôler la micromanipulation du matériel, avant analyse spectrométrique par exemple.
Dans de tels microsystèmes se pose de façon stratégique la problématique de la maîtrise des écoulements fluidiques, dans la mesure où le matériel, par exemple des protéines, ne peut être manipulé hors d'un support liquide. L'invention se rapporte donc au domaine de la microfluidique qui concerne plus généralement les écoulements dans des systèmes de taille micrométrique ou nanométrique, dans lesquels l'échantillon manipulé peut être soumis à des champs électriques ou à des effets de paroi de nature physique ou chimique complexes, et dans lesquels le rapport élevé surface/volume a une grande importance.
Dans ce domaine, la réduction de la taille des systèmes engendre une diminution des volumes, des temps de réaction ou d'échange plus courts, et une possibilité d'intégrer plusieurs modules avec des fonctionnalités différentes comme par exemple le transport, le traitement, ou encore l'analyse, le tout sur une même tranche de silicium par exemple.
Pour transporter le liquide, deux types de déplacement fluidique sont généralement possibles : le pompage d'un flux continu, et le déplacement de microvolumes calibrés. Le déplacement de microvolumes calibrés présente un certain nombre d'avantages. En effet, il autorise des volumes de liquides très petits et permet un contrôle adapté du débit des microvolumes alors que le pompage à flux continu est caractérisé par un débit constant. Par ailleurs, ce type de déplacement autorise des synchronisations variées qui permettent le mélange des liquides par exemple. Pour mettre en œuvre un déplacement fluidique de type déplacement de microvolumes calibrés, on connaît différents modes d'action : par action pneumatique, par ondes acoustiques de surface, à effet diélectrophorétique, par électromouillage, et par électromouillage sur diélectrique (EWOD). Ce dernier mode d'action fait appel à une réalisation technologique relativement simple et permet le contrôle du débit et la circulation d'un volume calibré de liquide conducteur sur un réseau d'électrodes.
On connaît en particulier le brevet américain US 6 565 727, et la publication de Cho et al. « Particle séparation and concentration control for digital microfluidic Systems », qui décrivent le déplacement de gouttes par électromouillage, tel que décrit ci-dessus. Les dispositifs décrits dans ces trois publications présentent cependant une partie inférieure intégrant des électrodes et une partie supérieure intégrant des contre-électrodes, parties entre lesquelles se déplace la goutte. Cette partie supérieure rend le dispositif en particulier plus encombrant et plus complexe.
Par ailleurs, les échantillons manipulés sont souvent très précieux et en très faible quantité. Il existe donc un besoin d'optimiser la manipulation de ces échantillons, en traitant chimiquement ou en interagissant avec le matériel au cours de son transport. Les systèmes de déplacement microfluidiques connus, qu'ils nécessitent deux substrats en vis-à-vis ou un seul substrat, qu'ils utilisent une contre-électrode ou non, ne permettent pas cette optimisation. En effet, en particulier dans la publication de Cho et al. «Particle séparation and concentration control for digital microfluidic Systems », est proposé un dispositif qui permet d'interagir avec la goutte physiquement par interaction directe entre les électrodes et la goutte pendant son transport, et non d'interagir chimiquement. Cette interaction chimique nécessaire pour l'optimisation de la manipulation des échantillons est donc impossible dans le dispositif de Cho et al. En effet, cette optimisation est rendue extrêmement délicate par le fait que le déplacement nécessite une ou plusieurs pistes en matériaux hydrophobes afin de limiter les frottements et l'hystérésis aux déplacements. Ce caractère hydrophobe de la piste de déplacement empêche notamment de traiter chimiquement ou d'interagir avec le matériel pendant son transport.
Il faut noter ici que l'on s 'intéresse plus généralement à la propriété de non mouillabilité de la piste de déplacement vis à vis d'un liquide quelconque. Lorsque le liquide est aqueux, comme c'est généralement le cas lorsque l'on manipule des protéines par exemple, la non mouillabilité et la mouillabilité vis à vis de l'eau sont respectivement les propriétés d'hydrophobicité et d'hydrophilie. Un matériau hydrophobe est un matériau non mouillant vis à vis de l'eau, et un matériau hydrophile est un matériau mouillant vis à vis de l'eau. On caractérise généralement la mouillabilité par l'angle θ de contact entre la goutte 1 et la surface 2 (voir figures 1a à 1 d). On utilise parfois le coefficient de mouillabilité défini comme étant le cosinus de l'angle précité. Une mouillabilité parfaite correspond ainsi à un coefficient de mouillabilité égal à 1 , donc à θ = 0°. Une absence totale de mouillabilité correspond par ailleurs à un coefficient de mouillabilité égal à -1 , donc à θ = 180°. Par la suite, nous parlerons donc de matériau mouillant vis à vis d'un liquide pour un matériau dont le coefficient de mouillabilité par ce liquide tend vers 1 (sans être nécessairement égal à 1), comme illustré à la figure 1 a, et nous parlerons de matériau non mouillant vis à vis d'un liquide pour un matériau dont le coefficient de mouillabilité vis à vis de ce liquide tend vers -1 (sans être nécessairement égal à -1) comme illustré à la figure 1 b. Les figures 1c et 1 d illustrent des cas intermédiaires respectivement de mouillabilité (θ < 90°) ou non mouillabilité (θ > 90°).
Le problème posé par les matériaux non mouillants vis à vis d'un liquide, en particulier les matériaux hydrophobes, par ailleurs indispensables au déplacement, est que les propriétés de surface de ces matériaux empêchent de créer des zones de traitement chimique en surface de par le fait que ces matériaux sont caractérisés par une faible énergie de surface. Si l'on essaie de fonctionnaliser localement la surface de tels matériaux, ce qui permettrait de traiter chimiquement les liquides manipulés, le résultat est peu fiable, difficilement contrôlable et trop imparfait. L'alternative consistant à rendre plus rugueux le matériau non mouillant vis à vis du liquide n'est pas envisageable car elle fait perdre la capacité du matériau à favoriser le transport du liquide. Il faut donc utiliser une couche de matériau qui soit partiellement mouillante, c'est-à-dire qu'il faut maintenir le caractère non mouillant pour le déplacement, tout en créant des zones mouillantes ou à forte mouillabilité pour la fonctionnalisation.
Appliqué au cas particulier où le matériau considéré est hydrophobe, on connaît principalement deux techniques photolithographiques classiques de création d'une couche partiellement hydrophobe par création d'ouvertures dans un matériau hydrophobe, les ouvertures devenant des zones hydrophiles réparties dans la couche hydrophobe. Dans une première technique (figure 5), également utilisée par Cho et al. dans «Particle séparation and concentration control for digital microfluidic Systems », après dépôt d'une couche de matériau hydrophobe sur un substrat, une couche de résine photosensible est déposée qui contient un surfactant, produit chimique permettant d'augmenter la mouillabilité d'une surface vis à vis d'un liquide. Cette technique pose notamment le problème de la pollution définitive du matériau hydrophobe et donc de la perte de la capacité de ce matériau à favoriser le déplacement d'un liquide. Dans la deuxième technique (figure 6), après dépôt d'une couche de matériau hydrophobe sur un substrat, et avant dépôt d'une résine photosensible, la couche de matériau hydrophobe est d'abord soumise à une modification de surface à l'aide d'un plasma, pour modifier ses propriétés hydrophobes, c'est-à-dire pour la rendre moins hydrophobe. Cette technique pose également le problème de la modification définitive des propriétés de surface du matériau hydrophobe.
Avec de telles techniques, soit les ouvertures créées, donc les zones hydrophiles, ne sont pas suffisamment nettes et précises, avec des éventuels dépôts hydrophobes, et en conséquence une inadaptation à la création de zones chimiquement fonctionnalisées, soit les zones hydrophobes voient leurs propriétés modifiées et leur caractère hydrophobe diminué, avec pour conséquence une inadaptation au déplacement de liquide. Les mêmes constatations peuvent être faites dans le cas d'une application de ces techniques pour la réalisation de zones mouillantes dans une couche non mouillante vis à vis du liquide transporté.
Il existe donc un besoin d'un procédé qui permette de rendre une piste de transport non mouillante partiellement mouillante vis à vis du liquide transporté, en particulier partiellement hydrophile lorsque le liquide est une solution contenant de l'eau, de telle sorte que la capacité à transporter la goutte de liquide soit maintenue, tout en autorisant le traitement chimique ou l'interaction avec cette goutte pendant son transport.
Plus généralement, il existe un besoin d'une solution fiable qui permette de pallier les inconvénients précités, notamment l'optimisation du déplacement et la fabrication d'une piste de déplacement optimisée. C'est donc l'objet de l'invention que de pallier ces inconvénients. A cette fin, l'invention se rapporte selon un premier aspect à un dispositif de manipulation de gouttes sur un plan de déplacement par électromouillage qui comprend au moins une piste de déplacement par électromouillage et qui permet de traiter chimiquement ou d'interagir avec la goutte simultanément à son transport.
La piste de déplacement comprend au moins deux électrodes interdigitées qui reposent sur un substrat électriquement isolant et qui sont recouvertes par une couche diélectrique isolante. Cet ensemble substrat isolant, électrodes, couche diélectrique isolante, est recouvert d'une couche partiellement mouillante vis à vis des gouttes manipulées.
Dans une variante de réalisation concernant la manipulation de gouttes contenant de l'eau, la couche partiellement mouillante est donc une couche partiellement hydrophile. Dans le reste de la description, et pour simplifier la rédaction, on parlera de couche ou de matériau respectivement non mouillant, partiellement mouillant, ou mouillant, pour une couche ou un matériau respectivement non mouillant, partiellement mouillant, ou mouillant, vis à vis des gouttes manipulées. Le dispositif de l'invention comprend, dans une autre variante de réalisation, au moins une contre-électrode distincte des premières électrodes. Cette contre-électrode peut être une ligne de masse qui sera alors située sur, sous ou dans la couche partiellement mouillante.
Dans une variante de réalisation, éventuellement en combinaison avec la précédente, le dispositif comprend une deuxième piste positionnée de façon opposée à et séparée de la première piste de telle sorte qu'un espace, destiné à être rempli par un fluide électriquement isolant non miscible vis à vis de la goutte transportée, est formé entre les première et deuxième pistes, la deuxième piste comprenant une couche non mouillante directement en contact avec l'espace ainsi formé. Cette couche non mouillante de la deuxième piste est éventuellement partiellement mouillante. Cette couche non mouillante est également éventuellement recouverte d'une couche supérieure qui est soit électriquement isolante, semi-conductrice, ou conductrice.
Dans une autre variante de réalisation, la deuxième piste comprend une ou plusieurs contre-électrodes situées entre la couche non mouillante et la couche supérieure. Elle comprend éventuellement une couche diélectrique isolante qui sera située entre ladite couche non mouillante et la ou les dites contre-électrodes.
Eventuellement, en combinaison avec chacune de ces variantes de réalisation du dispositif, la couche partiellement mouillante de la première piste et/ou de la deuxième piste comprend des zones non mouillantes et des zones mouillantes, les zones mouillantes étant des zones fonctionnalisées réactives.
Dans une autre variante de réalisation, le dispositif de manipulation de gouttes dans un plan de l'invention comprend deux pistes séparées par un espace destiné à être rempli par un fluide électriquement isolant non miscible vis à vis de la goutte transportée. La première piste comprend une couche ou substrat électriquement isolant sur lequel repose au moins deux électrodes interdigitées. Sur cet ensemble repose une couche non mouillante. La deuxième piste comprend une couche partiellement mouillante. La couche partiellement mouillante de la première piste et/ou de la deuxième piste comprend des zones non mouillantes et des zones mouillantes, les zones mouillantes étant des zones fonctionnalisées réactives. Eventuellement, dans cette variante de réalisation, la première piste comprend également une couche diélectrique isolante située entre les électrodes et la couche non mouillante. Eventuellement également, le dispositif dans cette variante de réalisation comprend une ligne de masse située sur, sous ou insérée dans la couche non mouillante. Dans une variante de réalisation, la deuxième piste comprend une couche supérieure électriquement isolante, semi-conductrice, ou conductrice.
En combinaison avec chacune de ces variantes de réalisation du dispositif, le substrat électriquement isolant de la première piste est de préférence transparent, comme par exemple un substrat de verre. De préférence, dans une ou plusieurs des variantes précédentes, les zones mouillantes sont biochimiquement fonctionnalisées et réactives. Ces zones mouillantes sont de préférence des ouvertures dans des zones non mouillantes. De préférence, le matériau non mouillant constituant la couche non mouillante et/ou les zones non mouillantes de la couche partiellement mouillante, est un polymère de tétrafluoroétylène.
Ainsi, le dispositif de l'invention permet avantageusement de manipuler une goutte de liquide, en la transportant sur un plan par électromouillage, sur une seule piste ou entre deux pistes en vis à vis, avec ou sans utilisation de contre-électrode, tout en agissant chimiquement sur la goutte lors de son passage sur des zones chimiquement fonctionnalisées. L'optimisation recherchée est donc obtenue : concentrer les traitements préparatoires à une analyse ultérieure dans un microsystème, pendant le transport, pour éviter les contaminations et les pertes sur des échantillons très coûteux et dans de faibles volumes, tout en prenant en compte les contraintes précitées de la microfluidique.
L'invention se rapporte selon un deuxième aspect à un procédé de fabrication du dispositif précité, dans lequel la création de la couche partiellement mouillante de la première ou de la deuxième piste est dérivée de la technique dite du « lift off » utilisée en microélectronique pour créer des motifs en métal. Cette technique du « lift off » telle qu'on la connaît, si elle permet le dépôt de la couche non mouillante en dernière étape, évitant ainsi un traitement de surface préjudiciable, n'est cependant pas adaptée à la création de motifs dans un tel matériau non mouillant, en particulier un matériau hydrophobe, tel qu'un polymère de tétrafluoroétylène, car elle ne permet pas d'obtenir des zones mouillantes nettes et précises dans ce matériau non mouillant. L'invention se rapporte donc selon ce deuxième aspect à un procédé de fabrication du dispositif précité, dans lequel la création de la couche partiellement mouillante de la première ou de la deuxième piste comprend les étapes suivantes : création d'un masque en matériau photosensible par dépôt du matériau photosensible sur un substrat, photolithographie, puis révélation du matériau photosensible ; dépôt d'un matériau non mouillant sur le masque ; au moins un recuit avant dissolution ; dissolution du masque ; au moins un recuit après dissolution. Dans une variante de mise en œuvre, la température du recuit avant dissolution est inférieure à la température du recuit après dissolution.
Dans une autre variante de mise en œuvre, le premier recuit avant dissolution est suivi d'au moins un autre recuit à une température supérieure à celle du premier recuit.
Dans une autre variante, éventuellement en combinaison avec la précédente, le premier recuit après dissolution est suivi d'au moins un autre recuit à une température supérieure à celle du premier recuit.
Eventuellement, la dissolution du masque est suivie d'un rinçage. Dans une autre variante de mise en œuvre, le matériau non mouillant déposé est un polymère de tétrafluoroétylène.
Ainsi, le procédé de l'invention permet avantageusement la création d'une couche partiellement mouillante qui contient des zones mouillantes nettes et précises, adaptées à une fonctionnalisation chimique, et qui contient des zones non mouillantes qui conservent leurs hautes propriétés de non mouillabilité nécessaires au transport des gouttes. En effet, la couche de matériau non mouillant est déposée en dernière étape et ne subit pas de traitement de surface, donc ne subit pas de modification de ses propriétés de surface. L'invention se rapporte enfin selon un troisième aspect à un système d'analyse microfluidique d'un échantillon liquide qui comprend au moins un moyen de préparation de l'échantillon, couplé à au moins un dispositif de manipulation de goutte selon l'invention et tel que précité, lui- même couplé à au moins un moyen d'analyse.
De préférence, le moyen de préparation comprend un ou plusieurs réservoirs ou quais de chargement.
De préférence également, le moyen d'analyse est un spectromètre de masse, un détecteur de fluorescence, un détecteur d'émission UV, ou IR.
Le système selon l'invention est éventuellement intégré dans un microsystème qui intègre lui-même une ou plusieurs opérations de laboratoires habituellement réalisées manuellement, et que l'on appellera microlaboratoire.
Ainsi le système selon l'invention permet avantageusement d'analyser des échantillons de liquide après préparation des échantillons puis transport par déplacement de microvolumes calibrés vers un analyseur, par automatisation des tâches de préparation et de transport intégrées dans un microlaboratoire. Il permet donc avantageusement de réduire les risques de contamination et de perte de matière de l'échantillon, et de diminuer les temps de réaction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière complète à la lecture de la description ci- après des variantes préférées de mise en œuvre du procédé et de réalisation du dispositif, lesquelles sont données à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés suivants : - figures 1a à 1 d : illustre schématiquement la propriété de non mouillabilité ou de mouillabilité d'une surface vis-à-vis d'une goutte, - figures 2a à 2r : représentent schématiquement différentes variantes de réalisation du dispositif selon l'invention (vues en coupe perpendiculaire au sens de déplacement de la goutte), - figure 3 : représente schématiquement le déplacement d'une goutte sur une piste du dispositif selon une première variante de réalisation,
- figure 4 : représente schématiquement le déplacement d'une goutte sur une piste du dispositif selon une deuxième variante de réalisation, - figure 5 : représente schématiquement le procédé de création d'ouvertures dans un matériau non mouillant selon la technique photolithographique classique utilisant un surfactant dans la résine,
- figure 6 : représente schématiquement le procédé de création d'ouvertures dans un matériau non mouillant selon la technique photolithographique classique avec modification de surface par plasma,
- figure 7 : représente schématiquement une variante de mise en œuvre du procédé de création d'ouvertures dans un matériau non mouillant selon l'invention, - figure 8 : illustre schématiquement la fonctionnalisation chimique d'une zone mouillante,
- figure 9 : illustre schématiquement le traitement chimique d'une goutte d'un échantillon au cours de son déplacement,
- figure 10 : représente schématiquement une variante de réalisation du système selon l'invention.
Les figures 2a à 2r représentent schématiquement différentes variantes de réalisation du dispositif de l'invention (vues en coupe perpendiculaire au sens du déplacement de la goutte).
Dans ces figures 2a à 2n, le dispositif comprend au moins une piste avec un substrat 1 , de préférence mais pas nécessairement transparent, par exemple en Pyrex®. Au dessus de ce substrat 1 se trouvent les électrodes interdigitées 2. La notion d'électrodes interdigitées sera précisée plus loin en référence aux figures 3 et 4.
Sur ces électrodes 2, on trouve une couche diélectrique isolante 3, constituée par exemple d'oxydes ou de polymères. Sur cette couche électrique isolante 3 se trouve une couche non mouillante 4, qui est rendue partiellement mouillante par le procédé de création d'ouvertures mouillantes 5 dans le matériau non mouillant 4, procédé qui sera décrit plus en détail un peu plus loin en référence à la figure 7.
Dans les variantes de réalisation des figures 2a à 2d, le dispositif comprend une seule piste constituée des couches 1 , 2, 3 et 4. Le dispositif de la figure 2a permet de mettre en œuvre un déplacement par électromouillage ne nécessitant pas de contre-électrodes, déplacement qui sera expliqué plus loin en référence à la figure 3. Les dispositifs des figures 2b présentent chacun une contre-électrode sous la forme d'une ligne de masse 6 posée sur la couche partiellement mouillante 4 (figure 2b), insérée dans et non recouverte par la couche partiellement mouillante 4 (figure 2c), ou insérée dans et recouverte par la couche partiellement mouillante 4 (figure 2d). Les dispositifs des figures 2b à 2d permettent quant à eux de mettre en œuvre le déplacement par électromouillage avec une ligne de masse pour contre-électrode, déplacement qui sera décrit plus loin en référence à la figure 4.
Les figures 2e et suivantes montrent des variantes de réalisation dans lesquelles on rajoute une deuxième piste formée d'une couche non mouillante 7 elle-même recouverte d'une couche supérieure 8 qui peut être soit électriquement isolante soit électriquement semi-conductrice soit encore électriquement conductrice. Cette deuxième piste est placée en vis à vis de la première, avec utilisation de cales 9 permettant de maintenir un espace 10 de déplacement destiné à être rempli d'un fluide électriquement isolant non miscible vis à vis de la goutte transportée. On notera que, pour mettre en œuvre un déplacement par électromouillage, le fluide remplissant l'espace 10 doit effectivement être électriquement isolant. Par ailleurs, pour ne pas interagir avec la goutte transporté, le fluide doit effectivement être non miscible vis à vis du liquide. Il pourra s'agir par exemple de l'air ou de l'huile, dans le cas d'une goutte de solution aqueuse.
En particulier, les figures 2f à 2h montrent des variantes de réalisation qui sont respectivement basées sur les dispositifs des figures 2b à 2d auxquels on rajoute une deuxième piste telle que décrite précédemment.
Dans la variante de réalisation du dispositif de la figure 2i, la deuxième piste comprend en outre une ou plusieurs contre-électrodes 11 insérées entre la couche non mouillante 7 et la couche supérieure 8. On n'utilise donc pas de ligne de masse, contrairement aux dispositifs des figures 2f à 2h, puisque la contre-électrode est présente dans la deuxième piste. Le mode de déplacement est cependant identique à celui des figures 2f à 2h.
Les variantes de réalisation des figures 2j à 21 (vues en coupe perpendiculaire au sens de déplacement de la goutte) dérivent respectivement et directement des variantes de réalisation des figures 2f à 2h, avec la différence suivante : la couche non mouillante 7 de la deuxième piste est rendue partiellement mouillante par le procédé de création d'ouvertures mouillantes 5 dans le matériau non mouillant 7 qui sera décrit plus loin en référence à la figure 7.
La figure 2m décrit une variante de réalisation qui repose sur celle précédemment décrite dans la figure 2e avec la différence suivante : la couche non mouillante 7 de la deuxième piste est rendue partiellement mouillante par le procédé de création d'ouvertures mouillantes 5 dans le matériau non mouillant 7 qui sera décrit plus loin en référence à la figure 7.
La variante de réalisation de la figure 2n est quant à elle dérivée de la variante de réalisation de la figure 2i avec les deux différences suivantes : la couche non mouillante 7 de la deuxième piste est rendue partiellement mouillante par création d'ouvertures mouillantes 5 dans la couche non mouillante 7 selon le procédé qui sera décrit plus loin en référence à la figure 7; et, pour permettre la fonctionnalisation biochimique de ces ouvertures mouillantes 5 sans interactions avec la ou les contre- électrodes 11 , une couche diélectrique isolante 12 similaire à celle présente dans la première piste est insérée entre la couche partiellement mouillante 7 et la ou les contre-électrodes 11.
La variante de réalisation décrite dans la figure 2o concerne un dispositif avec deux pistes. La première piste diffère de la première piste des variantes de réalisation précédentes en ce que la couche non mouillante 4 qui la constitue n'est pas partiellement mouillante : aucune ouverture mouillante n'est créée dans cette couche non mouillante 4. Par ailleurs, cette variante de réalisation ne nécessite pas de couche diélectrique isolante entre les électrodes interdigitées 2 et la couche non mouillante 4 dans le cas où cette couche non mouillante 4 est elle-même électriquement isolante. C'est notamment le cas pour une couche hydrophobe, en matériau tel qu'un polymère de tétrafluoroéthylène. Cependant, en pratique, un tel matériau n'est effectivement électriquement isolant que si l'épaisseur de la couche est importante (épaisseur de l'ordre du micromètre). Aussi, dans les cas de la figure 2o où l'épaisseur de la couche non mouillante 4 n'est pas suffisante, on pourra insérer entre la couche d'électrodes interdigitées 2 et la couche non mouillante 4 une couche diélectrique isolante du type de la couche 3 des autres figures. Sur la couche non mouillante 4 se trouve une ligne de masse 6 faisant office de contre-électrode. Dans cette variante de réalisation, la deuxième piste est identique à celle des variantes de réalisation des figures 2j à 2m.
Dans les variantes de réalisation respectives des figures 2p et 2q la couche non mouillante 4 n'est pas partiellement mouillante puisqu'elle ne comprend pas les ouvertures 5. Ces variantes de réalisation sont donc dérivées respectivement des variantes des figures 2k et 21, avec la différence précitée (couche 4 totalement non mouillante, alors que dans les variantes des figures 2k et 21, elle est partiellement mouillante). Enfin, la variante de réalisation de la figure 2r reprend le mode de déplacement des figures 2a, 2e et 2m, c'est-à-dire sans utilisation de contre-électrode, et, comme dans les variantes des figures 2o à 2p, présente une couche non mouillante 7 dans la deuxième piste qui est partiellement mouillante avec la présence des ouvertures mouillantes 5, et une couche non mouillante 4 dans la première piste qui est totalement non mouillante puisque qu'elle ne présente aucune ouverture mouillante. Par ailleurs, comme dans la variante de la figure 2o, cette variante de réalisation ne nécessite pas de couche diélectrique isolante entre les électrodes interdigitées 2 et la couche non mouillante 4 dans le cas où cette couche non mouillante 4 est elle-même électriquement isolante, ce qui est notamment le cas pour une couche hydrophobe, en matériau tel qu'un polymère de tétrafluoroéthylène. Cependant, ici encore, en pratique, un tel matériau n'est effectivement électriquement isolant que si l'épaisseur de la couche est importante (épaisseur de l'ordre du micromètre). Aussi, dans les cas de la figure 2r où l'épaisseur de la couche non mouillante 4 n'est pas suffisante, on pourra insérer entre la couche d'électrodes interdigitées 2 et la couche non mouillante 4 une couche diélectrique isolante du type de la couche 3 des autres figures.
La figure 3 représente schématiquement le déplacement d'une goutte sur une piste du dispositif selon une variante de réalisation. Cette figure se décompose en deux parties. Dans la partie supérieure (schémas A, B et C), par souci de simplification et pour faciliter l'explication, la représentation du dispositif est une représentation en vue de dessus et partielle en ce qu'elle ne fait apparaître ni la couche non mouillante ou partiellement mouillante ni la couche diélectrique isolante, situées entre la goutte 15 et les électrodes 1 , 2, 3 et 4. Dans la partie inférieure (schémas
A', B' et C), la représentation du dispositif est une représentation en coupe de côté, dans le sens de déplacement de la goutte.
Plus précisément, le dispositif est du type de celui de la figure 2a, c'est-à-dire avec une seule piste. Cependant, les explications suivantes concernant le déplacement de la goutte sont applicables plus généralement aux cas des figures 2a, 2e, 2m et 2r, c'est-à-dire un déplacement sur une piste avec des électrodes interdigitées, sans contre- électrodes, avec éventuellement un deuxième plan supérieur.
Le dispositif nécessite donc plusieurs électrodes interdigitées (1 , 2, 3, 4) qui reposent sur un substrat 10 électriquement isolant, éventuellement transparent. Sur la couche d'électrodes interdigitées, on retrouve une couche diélectrique isolante 11 et une couche non mouillante 12. Cette couche non mouillante 12 peut être partiellement mouillante selon la configuration dans laquelle on se trouve (voir figure 2 concernée), ce qui ne modifie pas les explications suivantes concernant le déplacement. La goutte 15 est initialement sur l'électrode 2 (étape A). En créant une différence de potentiel entre l'électrode 3 et les électrodes 1 , 2 et 4, la goutte se meut sur l'électrode 3 (étape B). Pour la déplacer sur l'électrode 4, on crée une différence de potentiel entre l'électrode 4 et les électrodes 1 , 2 et 3. Et ainsi de suite. La figure 4 représente schématiquement le déplacement d'une goutte sur une piste du dispositif selon une autre variante de réalisation. Là encore, la figure se décompose en deux parties. Dans la partie supérieure (schémas A, B et C), par le même souci de simplification et de facilitation de l'explication que pour la figure 3, la représentation du dispositif est une représentation en vue de dessus et partielle en ce qu'elle ne fait apparaître ni la couche non mouillante ou partiellement mouillante ni la couche diélectrique isolante, situées entre la goutte 15 et les électrodes 1 , 2, 3 et 4. Dans la partie inférieure (schémas A', B' et C), la représentation du dispositif est une représentation en coupe de côté, dans le sens de déplacement de la goutte.
Plus précisément, le dispositif présenté correspond à un dispositif avec une seule piste et une ligne de masse en tant que contre-électrode, tel que précédemment décrit à la figure 2b. Cependant, les explications suivantes concernant le déplacement d'une goutte sur ce dispositif sont également applicables aux cas des figures 2c, 2d, 2f, 2g, 2h, 2j, 2k, 2I1 2o,
2p, 2q. Le dispositif comprend une couche d'électrodes interdigitées (1 , 2, 3, 4) qui reposent sur un substrat 10 électriquement isolant et éventuellement transparent. Au-dessus de cette couche d'électrodes se trouve une couche diélectrique isolante 11. Au-dessus de cette couche diélectrique isolante 11 se trouve une couche non mouillante 12. Cette couche est éventuellement partiellement mouillante, selon la configuration dans laquelle on se trouve (voir figures 2). Au dessus de cette couche non mouillante 12 (éventuellement partiellement mouillante), on trouve une électrode de masse ou ligne de masse. La goutte 15 est initialement sur l'électrode 2 (étape A). En créant une différence de potentiel entre l'électrode 3 et les électrodes 1 , 2, 4 et l'électrode de masse, la goutte se meut sur l'électrode 3 (étape B). Pour déplacer la goutte sur l'électrode 4, on crée une différence de potentiel entre l'électrode 4 et les électrodes 1 , 2, 3 et l'électrode de masse, et ainsi de suite.
Si l'on remplace l'électrode de masse, ou ligne de masse, par une contre-électrode située dans un plan supérieur (cas des figures 4i et 4n), les explications précédentes concernant la figure 4 s'appliquent encore.
Le procédé permettant de rendre partiellement mouillante la couche non mouillante d'une des pistes du dispositif de l'invention, va maintenant être décrit en référence à la figure 7, avec un rappel de l'état de la technique en référence aux figures 5 et 6.
La figure 5 représente schématiquement les étapes du procédé de création d'ouverture dans un matériau non mouillant, ce qui le rend partiellement mouillant, selon la technique photolithographique classique avec surfactant. A l'étape (a), une couche de matériau non mouillant 2 est déposée sur un substrat 1. A l'étape (b), une couche de résine 3 contenant un surfactant est déposée sur la couche non mouillante 2. Le surfactant permet d'augmenter la mouillabilité de la couche non mouillante vis à vis de la résine, donc l'accrochage de la résine sur cette couche. A l'étape (c), étape photolithographique à proprement parler, la couche 3 est soumise aux rayonnements UV. Si la couche 3 est en résine dite positive, le rayonnement ultraviolet entraîne une rupture des macromolécules des zones exposées ce qui confère à ces zones une solubilité accrue au solvant de révélation qui sera utilisé à l'étape (d), alors que les parties non insolées à l'opposé auront polymérisé. C'est donc ce qu'il se produit, avec le résultat de l'étape de révélation (d). La révélation de la résine s'accompagne d'une attaque du matériau non mouillant exposé et donc de l'apparition des zones ou ouvertures 4 dans la couche non mouillante 2 (étape (e)). Cette technique s'accompagne du risque de modification définitive des propriétés de surface du matériau non mouillant due à l'utilisation du surfactant dans la résine.
La figure 6 représente schématiquement les étapes du procédé de création d'ouvertures dans un matériau non mouillant selon la technique photolithographique classique avec plasma. Cette technique diffère de la précédente en ce qu'elle comprend une étape supplémentaire consistant à soumettre la couche non mouillante 2 à un rayonnement plasma-argon (étape (b)) avant le dépôt de la couche de résine. C'est ce rayonnement qui va modifier les propriétés de surface de la couche non mouillante 2, alors que dans la technique précédente (figure 5), c'est la présence du surfactant dans la résine qui joue ce rôle. Les étapes suivantes ((c), (d), (e), (f)) sont respectivement les mêmes que les étapes (b), (c), (d) et (e) de la figure 5. La conclusion est la même qu'en ce qui concerne la technique photolithographique classique avec surfactant, à savoir qu'il existe un risque de modification définitive des propriétés de surface de la couche non mouillante 2.
Le procédé de l'invention, décrit maintenant en référence à la figure 7, est donc un procédé de fabrication d'une ou plusieurs pistes du dispositif décrit précédemment, dans lequel la création de la couche partiellement mouillante comprend tout d'abord une étape de création d'un masque en matériau photosensible par dépôt d'une couche de ce matériau 2 sur un substrat 1 (étape (a)), photolithographie (étape (b)), et révélation du matériau photosensible (étape (c)). Dans la variante de mise en œuvre décrite dans cette figure 7, on utilise comme matériau photosensible une résine négative, c'est-à-dire pour laquelle le rayonnement UV entraîne une polymérisation des zones insolées d'où une solubilité accrue des zones non exposées dans le révélateur. Ce sont donc les zones non exposées à l'étape (b) qui disparaissent à l'étape (c), alors que les zones insolées à l'étape (b) restent présentes à l'étape (c) et sont repérées par le chiffre 2. Le choix d'une résine négative n'est bien sûr nullement limitatif de l'invention. Les considérations sur le procédé de l'invention sont exactement les mêmes dans le cas de l'utilisation d'une résine positive.
L'étape (c) est suivie d'une étape (d) de dépôt d'une couche de matériau non mouillant 3.
A titre d'exemple, on peut utiliser pour l'étape photolithographique une résine avec les paramètres suivants :
- résine AZ 4562,
- révélation dans AZ 351 B.
L'étape (d) de dépôt du matériau non mouillant 3 est suivie d'une première étape de recuit. Selon le matériau choisi (polymère de tétrafluoroéthylène par exemple), on peut procéder à un recuit à 50° C pendant 5 minutes. De préférence, mais pas nécessairement, ce recuit est suivi d'un autre recuit complémentaire. Cet autre recuit peut alors être procédé à une température de 110° C pendant 5 min également.
Dans le cas particulier d'un matériau hydrophobe tel qu'un polymère de tétrafluoroéthylène, à ce stade, il reste très peu de solvant dans le matériau. Mais il faudra une deuxième étape de recuit après dissolution du masque de résine 2 (étape (e). En effet, aux températures de recuit du matériau hydrophobe, la résine polymérise ce qui la rend difficile à enlever. Cela peut avoir pour conséquence de laisser des traces de résine sur le substrat. Ces traces risquent d'être difficiles voire impossibles à enlever lors de l'étape suivante de dissolution, ce qui risque de modifier les propriétés de surface de la couche partiellement mouillante (partiellement hydrophile dans le cas de la mouillabilité vis à vis de l'eau) : les ouvertures risquent de ne pas être parfaitement non mouillantes (ou hydrophobes pour la non mouillabilité vis à vis de l'eau) et les zones non ouvertes risquent de ne pas être parfaitement non mouillantes (hydrophobes). C'est pourquoi, avant de procéder à cette deuxième étape de recuit, on va d'abord dissoudre la résine par exemple dans l'acétone, par exemple pendant 30 à 40 secondes. De préférence, mais pas nécessairement, cette étape de dissolution est suivie d'une étape de rinçage par exemple à l'alcool.
Enfin, on procède à la deuxième étape de recuit, par exemple (en fonction du matériau choisi) à 170° C pendant 5 min, ce qui a pour effet de faire disparaître complètement le solvant éventuellement présent dans le matériau hydrophobe. Eventuellement, pour obtenir une surface uniforme et une adhérence maximum du matériau non mouillant sur le substrat, on procède à un autre recuit complémentaire par exemple à 330° C pendant 15 min.
Ainsi, le procédé de l'invention permet avantageusement de créer une couche partiellement mouillante dans un matériau non mouillant. Ce résultat est obtenu par la création d'ouvertures dans le matériau non mouillant, qui deviennent des zones mouillantes, adaptées à une fonctionnalisation chimique ou biochimique. Les zones non ouvertes restent parfaitement non mouillantes et conservent donc leurs hautes propriétés de non mouillabilité nécessaires au transport des gouttes. En particulier, le fait que la couche de matériau non mouillant soit déposée en dernière étape du procédé, contrairement à l'état de la technique, permet de ne pas faire subir à ce matériau de traitement de surface (technique utilisant un surfactant, ou utilisant un plasma-argon).
Le dispositif de l'invention comprend donc au moins une couche rendue partiellement mouillante par création d'ouvertures mouillantes dans une couche non mouillante, tel qu'expliqué précédemment. Ces zones mouillantes vont pouvoir être activées et fonctionnalisées chimiquement (figure 8) pour ensuite réagir avec la goutte manipulée (figure 9). On va donc utiliser le principe du déplacement de la goutte tel qu'expliqué précédemment pour activer les zones non encore fonctionnalisées grâce à une goutte contenant un agent permettant la fonctionnalisation.
On voit en particulier sur la figure 8 (mode de représentation identique à celui de la partie supérieure des figures 3 et 4, en vue de dessus et partielle, c'est-à-dire sans les couches respectivement diélectriques isolantes et non mouillantes entre les électrodes interdigitées et la goutte) qu'une goutte contenant un agent permettant la fonctionnalisation 15 partant de l'électrode 1 se déplace sur l'électrode 2, au-dessus d'une zone fonctionnalisable 5 puis arrive sur l'électrode 3 après avoir activé et fonctionnalisé chimiquement la zone 5.
Dans la figure 9 (mode de représentation identique à celui de la partie supérieure des figures 3 et 4, en vue de dessus et partielle, c'est-à- dire sans les couches respectivement diélectriques isolantes et non mouillantes entre les électrodes interdigitées et la goutte), on voit comment une goutte 15 se déplaçant sur la piste se trouve tout d'abord sur l'électrode 1 puis passe sur l'électrode 2 au-dessus de laquelle se trouve la zone fonctionnalisée 5, et arrive, modifiée, sur l'électrode 3 après réaction avec la zone fonctionnalisée.
La figure 10 représente schématiquement une variante de réalisation du système selon l'invention. Le système comprend un ou plusieurs moyens 1 de préparation de l'échantillon de liquide à analyser, un ou plusieurs dispositifs 2 de manipulation de gouttes selon l'invention et tel qu'expliqué précédemment, et un ou plusieurs moyens 3 d'analyse en sortie. Le moyen 1 de préparation peut comprendre par exemple un ou plusieurs réservoirs ou quais de chargement. Le moyen 3 d'analyse peut être par exemple un spectromètre de masse, un détecteur de fluorescence ou un détecteur d'émission UV. Le dispositif 2 selon l'invention, au cœur de ce système, est couplé en amont avec le ou les moyens 1 de préparation, et en aval avec le ou les moyens 3 d'analyse.
Le système selon l'invention peut ainsi être éventuellement intégré dans un microsystème qui intègre lui-même une ou plusieurs opérations de laboratoires habituellement réalisées manuellement. Un tel système est appelle microlaboratoire.
Deux exemples de fonctionnalisation vont maintenant être décrits, sur la base d'un exemple de réalisation du dispositif de l'invention comprenant un substrat en Pyrex®, des électrodes conductrices interdigitées en nickel d'une épaisseur d'une centaine de nanomètres, une couche d'environ un micromètre de résine SU8 déposée par centrifugation, couche diélectrique isolante. Enfin, le dispositif comprend une couche hydrophobe en polymère de tétrafluoroéthylène, également déposée par centrifugation, sur la couche de résine précédemment citée.
Exemple d'un réacteur d'affinité : Les zones non recouvertes par la couche hydrophobe vont subir un traitement de surface destiné à les transformer en surface réactive, par exemple un support-NH2 greffé Streptavidine.
Ainsi, avec un tel dispositif comprenant de telles zones fonctionnalisées, une goutte de liquide contenant des protéines par exemple, et se déplaçant dans le chemin d'électrodes sur une zone fonctionnalisée, verra ses molécules d'intérêt (certaines protéines comme la biotine par exemple) ayant une affinité pour les surfaces précédemment greffées au cours de la fonctionnalisation, se fixer sur ces surfaces. Quand la réaction chimique est terminée, la goutte poursuit son chemin dans le dispositif. Par la suite, le passage d'un mélange spécifique (par exemple un mélange tampon dénaturant) sur ces zones, permet de libérer les molécules d'intérêt (par destruction des interactions non covalentes par exemple) et les entraîne avec lui. Un tel dispositif permet donc d'isoler et de séparer des molécules d'intérêt. Exemple d'un réacteur de digestion :
Dans le dispositif, les zones non recouvertes par la couche hydrophobe vont subir un traitement de surface dans le but de les transformer en surfaces réactives, par exemple support-NH2 greffé trypsine.
Ainsi, dans un tel dispositif avec de telles zones fonctionnalisées, une goutte de liquide se déplaçant dans le chemin d'électrodes est immobilisée sur une zone fonctionnalisée, et certaines molécules d'intérêt (des protéines par exemple) vont réagir avec les surfaces greffées. Le résultat d'une telle réaction sera de découper les molécules (par exemple des peptides obtenus par digestion tryptidique). Par la suite, la goutte poursuit son chemin dans le dispositif. Un tel dispositif permet donc par exemple d'analyser de longues chaînes de molécules par découpage préalable au moyen d'enzymes spécifiques, en vue d'une analyse par spectrométrie de masse.
Le dispositif, le procédé, et le système de l'invention, permettent donc de réaliser les éléments de base d'un microsystème destiné à déplacer des microgouttes d'une zone fonctionnalisée à une autre, dans une architecture qui se prête tout à fait dans l'intégration en amont ou en aval avec d'autres fonctions complémentaires. On peut donc ainsi concevoir des microsystèmes spécialisés se distinguant seulement les uns des autres par l'enchaînement et la nature des opérations biochimiques réalisées.
L'ensemble de la description ci-dessus est donné à titre d'exemple, et est non limitatif de l'invention. En particulier, le choix d'un matériau en polymères de tétrafluoroéthylène pour la couche non mouillante ou partiellement mouillante n'est pas limitatif de l'invention. Un polymère de tétrafluoroéthylène est un choix adapté en ce sens qu'il est effectivement non mouillant, notamment, mais pas uniquement, vis à vis de l'eau, donc hydrophobe. Plus généralement, on s'intéressera toujours à un matériau non mouillant, qui soit biocompatible (n'adsorbe pas de matière transportée, ne se mélange pas avec la matière transportée, ne provoque pas de réactions chimiques, ne relargue pas de matière). Il doit donc être neutre au regard des explications précédentes, et également présenter une homogénéité de ses propriétés en surface.
De même, le choix du silicium ou du Pyrex® pour le substrat n'est bien sûr pas limitatif de l'invention. C'est le cas également du choix d'une résine positive ou négative dans le cadre du procédé de fabrication du dispositif de l'invention. On notera également, toujours dans le cadre du procédé de fabrication du dispositif de l'invention, que les températures et durées des étapes de recuit du procédé ne sont pas limitatives de l'invention, et sont essentiellement fonction du matériau non mouillant choisi. Egalement, l'utilisation de l'acétone pour la dissolution et d'un alcool pour le rinçage, n'est pas limitative de l'invention. Tout autre produit adapté à la dissolution et au rinçage pourra être utilisé.
En outre, les exemples de déplacement dans une direction donnée, mentionnés dans cette description, ne sont pas limitatifs de l'invention. On peut bien sûr envisager une matrice de déplacement permettant de déplacer la goutte n'importe où sur la piste. Les possibilités de déplacement dépendent essentiellement de la disposition géométrique des électrodes. Une matrice d'électrodes permet en effet d'obtenir un déplacement de type matriciel. Egalement, la forme des électrodes dans les exemples de cette description n'est bien sûr pas limitatif de l'invention. Toute autre forme permettant l'interdigitation des électrodes convient.
Par ailleurs, la liste des exemples de moyens de préparation en amont du dispositif de déplacement, dans un système intégré tel que le système de l'invention, n'est bien sûr par exhaustive, et donc pas limitative de l'invention. Il en va de même pour la liste des moyens d'analyse en aval du dispositif de déplacement.
Enfin, les exemples de fonctionnalisation des zones mouillantes de la couche partiellement mouillante, et les exemples de traitement de la goutte par ces zones fonctionnalisées, donnés dans cette description, ne sont pas limitatifs de l'invention. Généralement, on s'intéressera en effet à la séparation, au tri ou au découpage de molécules quelles qu'elles soient. D'autres manipulations par réactions chimiques et/ou biochimiques sont envisageables.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de manipulation de gouttes sur un plan de déplacement par électromouillage, comprenant au moins une piste, caractérisé en ce que ladite piste comprend : un substrat électriquement isolant présentant une surface supérieure, au moins deux premières électrodes conductrices présentant une surface supérieure et une surface inférieure, reposant par leur surface inférieure sur ladite surface supérieure dudit substrat électriquement isolant, chacune desdites premières électrodes étant interdigitées avec au moins une autre de ces dites premières électrodes, - une couche diélectrique isolante présentant une surface inférieure et une surface supérieure, reposant par sa surface inférieure sur ladite surface supérieure desdites premières électrodes, une couche partiellement mouillante présentant une surface inférieure et une surface supérieure, reposant par sa surface inférieure sur la surface supérieure de la dite couche diélectrique isolante.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend au moins une contre-électrode distincte desdites premières électrodes.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite contre-électrode distincte est une ligne de masse située sur ou sous la surface supérieure de ou insérée dans ladite couche partiellement mouillante.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième piste positionnée de façon opposée à et séparée de la première piste de telle sorte qu'un espace est formé entre lesdites première et deuxième pistes, ladite deuxième piste comprenant une couche non mouillante présentant une surface inférieure du côté dudit espace et une surface supérieure de l'autre côté.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couche non mouillante de ladite deuxième piste est partiellement mouillante.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite deuxième piste comprend une couche supérieure électriquement isolante, semi-conductrice ou conductrice, située du côté de la surface supérieure de ladite couche non mouillante.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite deuxième piste comprend une ou plusieurs contre-électrodes situées entre ladite couche non mouillante et ladite couche supérieure.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite deuxième piste comprend une couche diélectrique isolante située entre ladite couche non mouillante et la ou les dites contre- électrodes.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite couche partiellement mouillante de ladite première piste et/ou de ladite deuxième piste comprend des zones non mouillantes et des zones mouillantes, lesdites zones mouillantes étant des zones fonctionnalisées réactives.
10. Dispositif de manipulation de gouttes entre deux plans de déplacement par électromouillage, comprenant deux pistes séparées par un espace, caractérisé en ce que : - la première piste comprend : i. un substrat électriquement isolant présentant une surface supérieure, ii. au moins deux premières électrodes présentant une surface supérieure et une surface inférieure, reposant par leur surface inférieure sur ladite surface supérieure dudit substrat électriquement isolant, chacune desdites premières électrodes étant interdigitées avec au moins une autre de ces dites premières électrodes, iii. une couche non mouillante présentant une surface inférieure et une surface supérieure, située du côté de la surface supérieure desdites premières électrodes, la deuxième piste comprend une couche partiellement mouillante présentant une surface supérieure et une surface inférieure, ladite couche partiellement mouillante de ladite première piste et/ou de ladite deuxième piste comprenant des zones non mouillantes et des zones mouillantes, lesdites zones mouillantes étant des zones fonctionnalisées réactives.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite première piste comprend une couche diélectrique isolante située entre la surface supérieure desdites premières électrodes et la surface inférieure de ladite couche non mouillante.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 et 11 , caractérisé en ce qu'il comprend une ligne de masse située sur ou sous la surface supérieure de ou insérée dans ladite couche non mouillante.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que ladite deuxième piste comprend une couche électriquement isolante, conductrice ou semi-conductrice, située du côté de la surface supérieure de ladite couche non mouillante.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit substrat électriquement isolant de ladite première piste est transparent.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit substrat électriquement isolant de ladite première piste est un substrat de verre.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que lesdites zones mouillantes sont des ouvertures dans des zones non mouillantes.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et 16, caractérisé en ce que lesdites zones mouillantes sont biochimiquement fonctionnalisées et réactives
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ladite couche non mouillante et/ou lesdites zones non mouillantes de ladite couche partiellement mouillante, sont non mouillantes vis à vis de l'eau, donc hydrophobes, et en ce que lesdites zones mouillantes sont mouillantes vis à vis de l'eau, donc hydrophiles.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que ladite couche non mouillante et/ou lesdites zones non mouillantes de ladite couche partiellement mouillante sont en polymère de tétrafluoroéthylène.
20. Procédé de fabrication du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 29, dans lequel la création de ladite couche partiellement mouillante de ladite première piste ou ladite deuxième piste comprend : - une étape de création d'un masque en matériau photosensible, par dépôt dudit matériau photosensible sur un substrat, photolithographie, puis révélation dudit matériau photosensible, une étape de dépôt d'un matériau non mouillant sur ledit masque, au moins une étape de recuit avant dissolution, une étape de dissolution dudit masque, au moins une étape de recuit après dissolution.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que la température de recuit de ladite étape de recuit avant dissolution est inférieure à la température de recuit de ladite étape de recuit après dissolution.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 et 21 , caractérisé en ce que ladite étape de dépôt d'un matériau non mouillant sur ledit masque, est une étape de dépôt d'un polymère de tétrafluoroétylène.
23. Système d'analyse microfluidique d'un échantillon de liquide caractérisé en ce qu'il comprend : au moins un moyen de préparation de l'échantillon de liquide présentant au moins une sortie, - au moins un dispositif de manipulation de gouttes selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, couplé par une de ses entrées à l'une des sorties dudit moyen de préparation, et présentant au moins une sortie, au moins un moyen d'analyse couplé par une de ses entrées à l'une des sorties dudit dispositif de manipulation de gouttes.
24. Système selon la revendication 23, caractérisé en ce ledit moyen de préparation comprend un ou plusieurs réservoirs ou quais de chargement.
25. Système selon l'une quelconque des revendications 23 et 24, caractérisé en ce que ledit moyen d'analyse est un spectromètre de masse, ou un détecteur de fluorescence, ou un détecteur d'émissions UV.
26. Système selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, caractérisé en ce qu'il est intégré dans un micro-laboratoire.
PCT/FR2005/001385 2004-06-04 2005-06-06 Dispositif de manipulation de gouttes destine a l'analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d'analyse microfluidique WO2006003293A2 (fr)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05775767A EP1781409B1 (fr) 2004-06-04 2005-06-06 Dispositif de manipulation de gouttes destine a l'analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d'analyse microfluidique
CN2005800240790A CN101031362B (zh) 2004-06-04 2005-06-06 用于生物化学分析的液滴操纵装置，制造所述装置的方法与微流体分析系统
CA2568805A CA2568805C (fr) 2004-06-04 2005-06-06 Dispositif de manipulation de gouttes destine a l'analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d'analyse microfluidique
US11/628,416 US20080110753A1 (en) 2004-06-04 2005-06-06 Device For Handling Drops For Biochemical Analysis, Method For Producing Said Device And A System For Microfluidic Analysis
KR1020067025513A KR101179411B1 (ko) 2004-06-04 2005-06-06 생화학적 분석을 위한 점적 조작용 장치, 상기 장치의 제조방법 및 마이크로 흐름 분석용 시스템
JP2007514033A JP4763690B2 (ja) 2004-06-04 2005-06-06 生化学的分析のために液滴を扱う装置、前記装置を製造する方法及びマイクロ流体分析
AT05775767T ATE540756T1 (de) 2004-06-04 2005-06-06 Vorrichtung zur handhabung von tropfen zur biochemischen analyse, verfahren zur herstellung einer derartigen vorrichtung und system zur mikrofluidischen analyse

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0406080 2004-06-04
FR0406080A FR2871150B1 (fr) 2004-06-04 2004-06-04 Dispositif de manipulation de gouttes destine a l'analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d'analyse microfluidique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2006003293A2 true WO2006003293A2 (fr) 2006-01-12
WO2006003293A3 WO2006003293A3 (fr) 2006-09-21

Family

ID=34946857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2005/001385 WO2006003293A2 (fr) 2004-06-04 2005-06-06 Dispositif de manipulation de gouttes destine a l'analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d'analyse microfluidique

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20080110753A1 (fr)
EP (1) EP1781409B1 (fr)
JP (1) JP4763690B2 (fr)
KR (1) KR101179411B1 (fr)
CN (1) CN101031362B (fr)
AT (1) ATE540756T1 (fr)
CA (1) CA2568805C (fr)
FR (1) FR2871150B1 (fr)
WO (1) WO2006003293A2 (fr)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006220606A (ja) * 2005-02-14 2006-08-24 Tsukuba Technology Seed Kk 送液装置
CN101865928A (zh) * 2010-05-06 2010-10-20 大连理工大学 一种基于电场作用的超疏水表面微液滴操控方法
US8734628B2 (en) 2010-03-10 2014-05-27 Empire Technology Development, Llc Microfluidic channel device with array of drive electrodes
US20140216932A1 (en) * 2007-09-04 2014-08-07 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet Actuator with Improved Top Substrate
US20200390811A1 (en) * 2015-04-23 2020-12-17 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Compositions to disrupt protein kinase a anchoring and uses thereof

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2871076A1 (fr) * 2004-06-04 2005-12-09 Univ Lille Sciences Tech Dispositif pour desorption par rayonnement laser incorporant une manipulation de l'echantillon liquide sous forme de gouttes individuelles permettant leur traitement chimique et biochimique
JP4893197B2 (ja) * 2006-09-28 2012-03-07 ブラザー工業株式会社 液体移送装置
SG10201606120XA (en) 2007-10-02 2016-09-29 Theranos Inc Modular Point-Of-Care Devices And Uses Thereof
JP5383138B2 (ja) * 2008-10-01 2014-01-08 シャープ株式会社 エレクトロウエッティングバルブ付き送液構造体、これを用いたマイクロ分析チップ及び分析装置
US8877512B2 (en) * 2009-01-23 2014-11-04 Advanced Liquid Logic, Inc. Bubble formation techniques using physical or chemical features to retain a gas bubble within a droplet actuator
US8926065B2 (en) 2009-08-14 2015-01-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator devices and methods
CA2798123C (fr) 2010-05-05 2020-06-23 The Governing Council Of The University Of Toronto Procede de traitement d'echantillons seches utilisant un dispositif microfluidique numerique
JP4949506B2 (ja) * 2010-07-16 2012-06-13 シャープ株式会社 流路構造体及びその製造方法、並びに、分析チップ及び分析装置
WO2012040861A1 (fr) * 2010-10-01 2012-04-05 The Governing Council Of The University Of Toronto Dispositifs microfluidiques numériques et procédés d'incorporation d'une phase solide
JP2012150098A (ja) * 2010-12-28 2012-08-09 Sharp Corp 検体検出用チップ、それを用いたセンサ、及び検体検出方法
SG192069A1 (en) 2011-01-21 2013-08-30 Theranos Inc Systems and methods for sample use maximization
US9632102B2 (en) 2011-09-25 2017-04-25 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-purpose analysis
US8840838B2 (en) 2011-09-25 2014-09-23 Theranos, Inc. Centrifuge configurations
US9268915B2 (en) 2011-09-25 2016-02-23 Theranos, Inc. Systems and methods for diagnosis or treatment
US8475739B2 (en) 2011-09-25 2013-07-02 Theranos, Inc. Systems and methods for fluid handling
US20140170735A1 (en) 2011-09-25 2014-06-19 Elizabeth A. Holmes Systems and methods for multi-analysis
US9619627B2 (en) 2011-09-25 2017-04-11 Theranos, Inc. Systems and methods for collecting and transmitting assay results
US9664702B2 (en) 2011-09-25 2017-05-30 Theranos, Inc. Fluid handling apparatus and configurations
US9810704B2 (en) 2013-02-18 2017-11-07 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-analysis
MX344792B (es) * 2011-09-25 2017-01-06 Theranos Inc Sistemas y métodos para múltiples análisis.
US10012664B2 (en) 2011-09-25 2018-07-03 Theranos Ip Company, Llc Systems and methods for fluid and component handling
US9250229B2 (en) 2011-09-25 2016-02-02 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-analysis
CN102824933B (zh) * 2012-09-20 2014-09-03 复旦大学 一种单向液滴输运的数字微流芯片电极配置方法
US9366647B2 (en) * 2013-03-14 2016-06-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical detection for bio-entities
US10422806B1 (en) 2013-07-25 2019-09-24 Theranos Ip Company, Llc Methods for improving assays of biological samples
TWI507690B (zh) * 2014-09-02 2015-11-11 Silicon Optronics Inc 生物晶片構裝
WO2016197103A1 (fr) 2015-06-05 2016-12-08 Miroculus Inc. Appareils et procédés microfluidiques numériques à matrice d'air destinés à limiter l'évaporation et l'encrassement de surface
WO2016197106A1 (fr) 2015-06-05 2016-12-08 Miroculus Inc. Gestion de l'évaporation dans des dispositifs microfluidiques numériques
CN109153016B (zh) * 2015-09-02 2021-12-28 帝肯贸易股份公司 微流体中的磁导管
US10596572B2 (en) 2016-08-22 2020-03-24 Miroculus Inc. Feedback system for parallel droplet control in a digital microfluidic device
WO2018126082A1 (fr) 2016-12-28 2018-07-05 Miroculis Inc. Dispositifs microfluidiques numériques et procédés
WO2018187476A1 (fr) 2017-04-04 2018-10-11 Miroculus Inc. Appareils microfluidiques numériques et procédés de manipulation et de traitement de gouttelettes encapsulées
US11413617B2 (en) 2017-07-24 2022-08-16 Miroculus Inc. Digital microfluidics systems and methods with integrated plasma collection device
WO2019046860A1 (fr) 2017-09-01 2019-03-07 Miroculus Inc. Dispositifs microfluidiques numériques et leurs procédés d'utilisation
EP3796999A4 (fr) 2018-05-23 2022-03-09 Miroculus Inc. Contrôle de l'évaporation dans la microfluidique numérique
KR102572486B1 (ko) * 2019-02-25 2023-08-30 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 상교기쥬츠 소고켄큐쇼 개방 공간형의 액체 조작 장치
CA3133124A1 (fr) 2019-04-08 2020-10-15 Miroculus Inc. Appareils microfluidiques numeriques a cartouches multiples et procedes d'utilisation
US11524298B2 (en) 2019-07-25 2022-12-13 Miroculus Inc. Digital microfluidics devices and methods of use thereof
CN111804354B (zh) * 2020-04-07 2021-09-21 苏州大学 液滴无损转移装置及方法、液滴微反应方法
US11772093B2 (en) 2022-01-12 2023-10-03 Miroculus Inc. Methods of mechanical microfluidic manipulation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0815940A2 (fr) * 1996-06-28 1998-01-07 Caliper Technologies Corporation Pipette électrocinétique, et moyens de compensation d'effets électrophorétiques
US6183970B1 (en) * 1998-08-27 2001-02-06 Hitachi, Ltd. Polynucleotide probe chip and polynucleotide detection method
US6565727B1 (en) * 1999-01-25 2003-05-20 Nanolytics, Inc. Actuators for microfluidics without moving parts
WO2003045556A2 (fr) * 2001-11-26 2003-06-05 Keck Graduate Institute Procede, appareil et article de regulation microfluidique par electromouillage destines a des analyses chimiques, biochimiques, biologiques et analogues
EP1364702A2 (fr) * 2002-05-15 2003-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Procédé de fabrication d'une plaque matrice de biomolecules avec des zones hydrophiles et hydrophobes
US20040055536A1 (en) * 2002-09-24 2004-03-25 Pramod Kolar Method and apparatus for non-contact electrostatic actuation of droplets
US20040055891A1 (en) * 2002-09-24 2004-03-25 Pamula Vamsee K. Methods and apparatus for manipulating droplets by electrowetting-based techniques

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3791999B2 (ja) * 1997-03-24 2006-06-28 株式会社アドバンス 液体微粒子ハンドリング装置
JP2002031638A (ja) * 2000-07-17 2002-01-31 Mitsubishi Chemicals Corp 生体試料検出用チップ及び生体試料検出方法
JP2002027984A (ja) * 2000-07-17 2002-01-29 Mitsubishi Chemicals Corp マイクロリアクタチップ，化学反応試験方法及びマイクロリアクタチップ用薄膜部材
US6773566B2 (en) * 2000-08-31 2004-08-10 Nanolytics, Inc. Electrostatic actuators for microfluidics and methods for using same
JP2003222611A (ja) * 2001-11-20 2003-08-08 Nec Corp 分離装置、分離方法および分離装置の製造方法
JP2003230829A (ja) * 2001-12-06 2003-08-19 Hitachi Ltd 平面マイクロファクトリー
US7459127B2 (en) * 2002-02-26 2008-12-02 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Method and apparatus for precise transfer and manipulation of fluids by centrifugal and/or capillary forces
JP2003294733A (ja) * 2002-03-29 2003-10-15 Sumitomo Bakelite Co Ltd 細胞内蛋白量の同定方法及び基板
JP3914806B2 (ja) * 2002-04-09 2007-05-16 三菱化学株式会社 分析用チップ
JPWO2004008132A1 (ja) * 2002-07-11 2005-11-10 三菱電機株式会社 生体分子分離セル及びその製造方法並びにｄｎａ分取装置
JP2004061229A (ja) * 2002-07-26 2004-02-26 Hitachi Ltd 感染症検査装置、検査方法、及び感染検査用マイクロファブリケーション
US7329545B2 (en) * 2002-09-24 2008-02-12 Duke University Methods for sampling a liquid flow
JP4590542B2 (ja) * 2003-06-10 2010-12-01 国立大学法人九州工業大学 マイクロ液滴輸送デバイス
JP4385124B2 (ja) * 2004-03-12 2009-12-16 国立大学法人九州工業大学 電気的制御可能な微量液滴輸送デバイス
FR2871076A1 (fr) * 2004-06-04 2005-12-09 Univ Lille Sciences Tech Dispositif pour desorption par rayonnement laser incorporant une manipulation de l'echantillon liquide sous forme de gouttes individuelles permettant leur traitement chimique et biochimique
US20060266700A1 (en) * 2005-05-31 2006-11-30 General Electric Company Porous structures with engineered wettability properties and methods of making them

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0815940A2 (fr) * 1996-06-28 1998-01-07 Caliper Technologies Corporation Pipette électrocinétique, et moyens de compensation d'effets électrophorétiques
US6183970B1 (en) * 1998-08-27 2001-02-06 Hitachi, Ltd. Polynucleotide probe chip and polynucleotide detection method
US6565727B1 (en) * 1999-01-25 2003-05-20 Nanolytics, Inc. Actuators for microfluidics without moving parts
WO2003045556A2 (fr) * 2001-11-26 2003-06-05 Keck Graduate Institute Procede, appareil et article de regulation microfluidique par electromouillage destines a des analyses chimiques, biochimiques, biologiques et analogues
EP1364702A2 (fr) * 2002-05-15 2003-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Procédé de fabrication d'une plaque matrice de biomolecules avec des zones hydrophiles et hydrophobes
US20040055536A1 (en) * 2002-09-24 2004-03-25 Pramod Kolar Method and apparatus for non-contact electrostatic actuation of droplets
US20040055891A1 (en) * 2002-09-24 2004-03-25 Pamula Vamsee K. Methods and apparatus for manipulating droplets by electrowetting-based techniques

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
POLLACK M G ET AL: "ELECTROWETTING-BASED ACTUATION OF DROPLETS FOR INTEGRATED MICROFLUIDICS" LAB ON A CHIP, ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY, CAMBRIDGE, GB, vol. 2, no. 2, 11 mars 2002 (2002-03-11), pages 96-101, XP008038786 ISSN: 1473-0197 *
SUNG KWON CHO ET AL: "Particle separation and concentration control for digital microfluidic systems" PROCEEDINGS OF THE IEEE 16TH. ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROELECTRO MECHANICAL SYSTEMS. MEMS 2003. KYOTO, JAPAN, AN. 19 - 23, 2003, IEEE INTERNATIONAL MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS CONFERENCE, NEW YORK, NY : IEEE, US, vol. CONF. 16, 19 janvier 2003 (2003-01-19), pages 686-689, XP010637065 ISBN: 0-7803-7744-3 cité dans la demande *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006220606A (ja) * 2005-02-14 2006-08-24 Tsukuba Technology Seed Kk 送液装置
US20140216932A1 (en) * 2007-09-04 2014-08-07 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet Actuator with Improved Top Substrate
US9511369B2 (en) * 2007-09-04 2016-12-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator with improved top substrate
US8734628B2 (en) 2010-03-10 2014-05-27 Empire Technology Development, Llc Microfluidic channel device with array of drive electrodes
US9366648B2 (en) 2010-03-10 2016-06-14 Empire Technology Development Llc Microfluidic channel device with array of drive electrodes
CN101865928A (zh) * 2010-05-06 2010-10-20 大连理工大学 一种基于电场作用的超疏水表面微液滴操控方法
CN101865928B (zh) * 2010-05-06 2012-07-18 大连理工大学 一种基于电场作用的超疏水表面微液滴操控方法
US20200390811A1 (en) * 2015-04-23 2020-12-17 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Compositions to disrupt protein kinase a anchoring and uses thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20080110753A1 (en) 2008-05-15
FR2871150B1 (fr) 2006-09-22
WO2006003293A3 (fr) 2006-09-21
CN101031362B (zh) 2012-01-11
EP1781409A2 (fr) 2007-05-09
EP1781409B1 (fr) 2012-01-11
KR20070053165A (ko) 2007-05-23
ATE540756T1 (de) 2012-01-15
KR101179411B1 (ko) 2012-09-07
JP2008502882A (ja) 2008-01-31
FR2871150A1 (fr) 2005-12-09
JP4763690B2 (ja) 2011-08-31
CN101031362A (zh) 2007-09-05
CA2568805A1 (fr) 2006-01-12
CA2568805C (fr) 2012-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1781409B1 (fr) Dispositif de manipulation de gouttes destine a l&#39;analyse biochimique, procede de fabrication du dispositif, et systeme d&#39;analyse microfluidique
EP1750840B1 (fr) Dispositif pour desorption par rayonnement laser incorporant une manipulation de l&#39;echantillon liquide sous forme de gouttes individuelles permettant leur traitement chimique et biochimique
EP2609993B1 (fr) Dispositif nano et micro fluidique pour la séparation et concentration de particules présentes dans un fluide
EP1714700A1 (fr) Dispositif et procédé microfluidique de transfert de matière entre deux phases immiscibles
FR2921648A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un composant microfluidique comportant au moins un microcanal rempli de nanostructures.
WO2017042115A1 (fr) Substrat de support d&#39;échantillon liquide, ensemble comportant un tel substrat et son utilisation
WO2007006800A1 (fr) Melange et distribution homogenes d&#39;un reactant sur une surface
WO2006131679A2 (fr) Dispositif planaire avec adressage de puits automatise par electromouillage dynamique
EP3085444A1 (fr) Dispositif microfluidique de contrôle d&#39;écoulement d&#39;un fluide
FR2863626A1 (fr) Procede et dispositif de division d&#39;un echantillon biologique par effet magnetique
FR2861610A1 (fr) Dispositif de travail comprenant une zone localisee de capture d&#39;une goutte d&#39;un liquide d&#39;interet
Kim et al. High‐Density Microfluidic Particle‐Cluster‐Array Device for Parallel and Dynamic Study of Interaction between Engineered Particles
EP1682273B1 (fr) Dispositif de travail comportant des zones de travail bordees, laboratoire sur puce et microsysteme
EP1677914B1 (fr) Procede de repartition de gouttes d un liquide d interet sur une surface
FR2890975A1 (fr) Plaque de tests a puits.
EP1261426B1 (fr) Carte d&#39;analyse et procede de sa mise en oeuvre
WO2018065741A2 (fr) Procédé de concentration d&#39;analytes
WO2007014775A1 (fr) Procede de fonctionnalisation successive d’un substrat et microstructure obtenue par ce procede
EP2875345A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une colonne d&#39;analyse de chromatographie
Arayanarakool Toward single enzyme analysis in a droplet-based micro and nanofluidic system
EP1429866A1 (fr) Procede et dispositif d&#39;isolement et/ou determination d&#39;un analyte
WO2012072917A1 (fr) Microsystème a fonction microélectrique et microfluidique et son procédé de fabrication

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007514033

Country of ref document: JP

Ref document number: 2568805

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020067025513

Country of ref document: KR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005775767

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200580024079.0

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005775767

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11628416

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 11628416

Country of ref document: US