WO2008009803A4 - Fabrication de dispositifs microfluidiques polymeriques par impression photo- et/ou thermo-assistee - Google Patents

Fabrication de dispositifs microfluidiques polymeriques par impression photo- et/ou thermo-assistee Download PDF

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Abstract

Procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique comportant une étape dans laquelle on utilise un timbre en un matériau élastomérique pour imprimer un liquide photodurcissable et/ou thermodurcissable placé sur un support.

Claims

36REVENDICATIONS MODIFIÉES reçues par le Bureau international le 05 janvier 2009 (05.01.2009)
1. Procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape dans laquelle on utilise un timbre (1) en un matériau élastomérique pour imprimer un liquide photodurcissable et/ou thermodurcissable (4) placé sur un support (2, 3), une étape de photo-irradiation et/ou de chauffage du liquide (4) pour former une base profilée et au moins une étape au cours de laquelle on place un couvercle (7) sur la base profilée et on irradie ou on traite par chauffage le dispositif base profilée + couvercle de façon à sceller le dispositif.
2. Procédé selon la revendication I5 caractérisé en ce que le liquide photodurcissable et/ou thermodurcissable est choisi parmi les compositions de résines liquides photopolymérisables et/ou photoréticulables.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine photopolymérisable et/ou photoréticulable (4) est choisie parmi les résines photoréticulables habituellement utilisées comme adhésifs, colles ou revêtement de surface, préférentiellement dans le domaine optique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la résine photopolymérisables et/ou photoréticulable (4) est choisie parmi les résines à base de monomères/comonomères/pré-polymères de type époxy, époxysilane, acrylate, méthacrylate, acide acrylique, acide méthacrylique, les résines thiolène, polyuréthane, uréthane-acrylate, les gels de polyacrylamide qui sont liquides à la température ambiante.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la polymérisation et/ou la réticulation du liquide photodurcissable et/ou thermodurcissable (4) est faite par photoactivation à l'aide d'une irradiation par des rayonnements ultra violets, visibles, ou par chauffage dans un four, à l'aide de plaques chauffantes ou par traitement aux rayonnements infrarouges.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la polymérisation et/ou la réticulation de la résine (4) et/ou le scellement du dispositif est produit par une simple exposition à des rayonnements UV ou visibles qu'ils soient naturels ou artificiels. 37
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le timbre (1) en matériau élastomère est en polydiméthylsiloxane.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 pour la fabrication d'un dispositif microfluidique comportant au moins une base (2), au moins deux parties latérales (4') définissant un canal (6), ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : i- un timbre (1) en matériau élastomère comportant un profil (la) complémentaire de celui du dispositif microfluidique est utilisé comme moule, ii- une base (2) constituée d'une plaque en matériau solide, susceptible de réagir avec la composition de résine photoréticulable et/ou photopolymérisable est placée à distance du timbre (1) en élastomère, et parallèlement au timbre (1), iii- on dépose sur la base (2) de la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable (4) sous forme liquide en quantité appropriée, iv- on place le timbre (1) sur la base (2) en appliquant une pression (P) au timbre, la composition de résine liquide vient se placer dans les zones creuses (Ic) du timbre en élastomère, v- on irradie la composition de résine (4) à l'aide de rayonnements appropriés pour obtenir sa polymérisation et/ou sa réticulation, vi- le timbre (1) est ôté du dispositif.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 pour la fabrication d'un dispositif microfluidique comportant au moins une base (2), au moins deux parties latérales (4') définissant un canal (6), ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : i- un timbre (1) en matériau élastomère comportant un profil (la) complémentaire de celui du dispositif microfluidique est utilisé comme moule, ii- on place le timbre en élastomère sur un support (3) ou sur une base (2) en élastomère, iv- on injecte dans les zones creuses (Ic) du timbre, sur le support
(3) ou sur la base (2), de la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable (4) sous forme liquide en quantité appropriée, V- on irradie la résine (4) à l'aide de rayonnements appropriés pour obtenir sa polymérisation et/ou sa réticulation, vi- le timbre (1) est ôté du dispositif.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la base (2) est posée sur un support (3).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, de fabrication d'un dispositif microfiuidique comportant en outre un couvercle (7), caractérisé en ce que :
- l'irradiation de l'étape v- est dosée de façon à laisser en superficie supérieure des parties latérales (4'), en résine, des sites de polymérisation et/ou de réticulation actifs,
- le couvercle (7) est placé au contact de l'ensemble constitué du support (3), de la base (2) et des parties latérales (4') de façon à fermer le dispositif,
- l'ensemble est placé dans une presse (8) et traité par irradiation de façon à fixer le couvercle (7) aux parties latérales (4') par polymérisation et/ou réticulation,
- l'ensemble est retiré de la presse (8).
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la photopolymérisation et/ou photoréticulation sous presse est effectuée en milieu aqueux.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le couvercle est en un matériau choisi parmi : du verre, du silicium, un film de polymère solide, un métal, un alliage conducteur ou semiconducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, de fabrication d'un dispositif microfiuidique comportant un réseau de canaux tridimentionnel, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes :
- une plaque (3) en matériau élastomérique est utilisée comme support - une résine (4) photopolymérisable et/ou photoréticulable sous forme liquide est déposée directement sur la plaque (3), 39
- un timbre (1) en matériau élastomérique est appliqué sur l'ensemble support (3) + résine (4),
- la résine (4) est photo-irradiée de façon à former les parties latérales (4') du dispositif formant un premier motif (6), - le timbre (1) est ensuite ôté,
- on obtient le dispositif (11) comportant deux parties latérales (4') en résine et un support (3) en élastomère, définissant un motif (6) ouvert dans sa partie supérieure,
- la même séquence d'opérations est répétée de façon à former les parties latérales d'un second dispositif,
- les deux dispositifs sont posés l'un sur l'autre,
- l'ensemble est irradié de façon à fixer ensemble les deux dispositifs par leurs parties latérales.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le réseau est fixé sur une base et fermé par un couvercle par photo-irradiation du dispositif maintenu sous pression.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, de fabrication d'un dispositif microfluidique en résine (4) photoréticulable et/ou photopolymérisable, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : i- un timbre (1) en matériau élastomère comportant un profil (la) complémentaire de celui du dispositif microfluidique est utilisé comme moule, ii- un support (3) constituée d'une plaque en un matériau solide, qui n'est pas susceptible de réagir avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable est placé à distance du timbre (1) en élastomère, et parallèlement au timbre (1), iii- on dépose sur le support (3) de la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable (4) sous forme liquide en quantité appropriée, iv- on place le timbre (1) sur le support (3) en appliquant une pression (P) au timbre, sans que celui-ci ne vienne au contact du support (3) v- on irradie la résine (4) à l'aide de rayonnements appropriés pour obtenir sa polymérisation et/ou sa réticulation, vi- le timbre (1) est ôté du dispositif. 40
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le support (3) est doté d'un profil (3b) qui est également imprimé dans la résine (4).
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape au cours de laquelle la base profilée est déposée sur un support provisoire (30) en un matériau ne réagissant pas avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable, puis lorsque l'on souhaite fermer la base profilée de façon définitive, on l'ôte de son support provisoire (30), comme on le ferait avec un autocollant, et on dépose la base profilée sur son couvercle (7) puis on irradie l'ensemble, éventuellement en lui appliquant une pression.
19. Dispositif microfluidique susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 comportant :
- au moins une base (2) constituée d'une plaque d'un matériau rigide, choisi parmi : du verre ou du silicium, un métal, un alliage conducteur ou semiconducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère, - au moins deux parties latérales (4') en résine photodurcie et/ou thermodurcie non élastomérique non thermoplastique définissant avec la base (2) au moins un canal (6) ;
- au moins un couvercle (7) parallèle à la base, fixé sur les parties latérales (4') fermant le canal (6) dans sa partie supérieure, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'épaisseur du canal est inférieure ou égale à 300 μm.
20. Dispositif microfluidique susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 comportant :
- au moins une base (2) constituée d'une plaque d'un matériau rigide,
- au moins deux parties latérales (4') en résine photodurcie et/ou thermodurcie non élastomérique non thermoplastique définissant avec la base (2) au moins un canal (6) ;
- au moins un couvercle (7) parallèle à la base, fixé sur les parties latérales (4') fermant le canal (6) dans sa partie supérieure, 41
ce dispositif étant caractérisé en ce que l'épaisseur du canal est inférieure ou égale à 200 μm et l'épaisseur totale du dispositif est inférieure ou égale à 300 μm.
21. Dispositif selon la revendication 19 ou la revendication 20, caractérisé en ce que la résine est photopolymérisée et/ou photoréticulée.
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que la largeur du canal est inférieure ou égale à 100 μm.
23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que le rapport d'aspect est compris entre 0,1 : 1 et 10 : 1.
24. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que la base (2) est en un matériau choisi parmi : du verre ou du silicium, un polymère photoréticulé non élastomérique, un métal, un alliage conducteur ou semi conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère.
25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 24, caractérisé en ce que le couvercle (7) est en un matériau choisi parmi : du verre ou du silicium, un polymère photoréticulé non élastomérique, un métal, un alliage conducteur ou semi conducteur, une céramique, du quartz, du saphir, un élastomère.
26. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 25, caractérisé en ce que l'épaisseur du canal (6) est inférieure ou égale à 200 μm, préférentiellement inférieure ou égale à 100 μm, avantageusement inférieure ou égale à 100 nm, encore plus avantageusement inférieure ou égale à 50 nm.
27. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 26, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ou plusieurs éléments de connexion (10).
28. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'élément de connexion (10) est inséré dans un orifice (9) du couvercle (7) et fixé de façon étanche dans cet orifice à l'aide de la résine photopolymérisée et/ou photoréticulée, qu'il est traversé verticalement par un canal (10a) qui permet l'injection ou la récupération de fluides dans le canal (6) du dispositif.
29. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 28, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément choisi parmi : une chambre de réaction, une chambre de mélange, une zone de séparation. 42
30. Système microfluidique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 19 à 29 et au moins l'un des éléments suivants : une pompe, un équipement de détection de signaux, un équipement destinés à faire varier les conditions environnementales des fluides, un équipement destiné à contrôler la circulation dans le dispositif, un système de contrôle des données.
31. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, pour mettre en œuvre des procédés de chimie combinatoire.
32. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, pour mettre en œuvre un protocole d'aide à la formulation.
33. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, pour faire du criblage haut débit et haut contenu de réactifs.
34. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, pour l'étude des fluides, en particulier des propriétés rhéologiques des fluides.
35. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, pour la culture, l'observation et l'étude des cellules vivantes.
36. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 à 29, pour la construction de biopuces.
37. Association d'une base profilée, comportant une base (2) et des parties latérales (4') en résine photoréticulable et/ou photopolymérisable dont les faces supérieures comprennent des sites de polymérisation actifs, avec un support (30) en un matériau ne réagissant pas avec la résine photoréticulable et/ou photopolymérisable.
38. Association selon la revendication 37, caractérisée en ce que la base profilée est en élastomère.
39. Association selon la revendication 37 ou la revendication 38, caractérisée en ce que support (30) est en un matériau choisi parmi : un fluoropolymère, un élastomère de silicone, une surface organique ou inorganique munie d'un revêtement halogène, un ruban adhésif.
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