WO2010142700A1 - Dispositif micro-fluidique pour convoyer un produit par diffusion dans un substrat poreux - Google Patents

Dispositif micro-fluidique pour convoyer un produit par diffusion dans un substrat poreux Download PDF

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WO2010142700A1
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porous substrate
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mask
substrate
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David Grosso
Mika Linden
Clément Sanchez
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Universite Pierre Et Marie Curie (Paris 6)
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Definitions

  • Micro-fluidic device for conveying a product by diffusion in a porous substrate
  • the invention relates to a so-called micro- or nano-fluidic device, intended in particular to convey products in very small quantities by diffusion in a porous matrix.
  • the envelope thus confines the flow of the product in the pipe from one end to the other of its ends, which flow can take place either under the action of natural forces (capillarity) or by external stress (such as a pressure difference, an electric field). It is also known from the patent application
  • US2007 / 0092411 a microfluidic conduit comprising a first substrate whose walls define a flow channel, which channel is filled with porous substrate and which is covered with a second substrate.
  • these configurations are not without drawbacks.
  • the manufacture of jacketed micro-conduits or of substrates defining channels is, in particular, rather delicate.
  • a microfluidic device comprising a porous substrate in the form of a layer having a first face in abutment against a sup- impermeable port and an opposite face forming a free surface through which the transported product is likely to evaporate.
  • Orifices in the carrier define in the porous substrate product injection areas and product delivery areas that open onto the face in contact with the carrier.
  • the document US5223220 describes a device with a porous substrate in a box-enclosed layer whose bottom forms an impermeable support and the cover covers the porous substrate by discovering portions of the surface facing the porous substrate in order to define zones therein. injection and fluid arrival areas.
  • the product injected into the injection zone diffuses into the porous substrate without the possibility of evaporation before reaching the arrival zone.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the devices mentioned above, which may, in particular, allow a manufacture and / or a simpler implementation.
  • the invention relates to a microfluidic device for conveying a product by diffusion in a porous substrate from a product injection zone to a product arrival zone connected by a product pipeline zone, the porous substrate being in the form of a layer having a face extending against a support impermeable to the product and an opposite face forming a free surface on which the injection zone opens, characterized in that the free surface is partially covered with a mask impervious to the product and which extends from the injection zone to the arrival zone to define in a portion of the substrate covered by the mask the product channeling zone, allowing diffusion of the product in the substrate without the mask from the injection zone to the arrival zone concurrently evaporation of the product by uncovered portions of the free surface on either side of the mask.
  • the product introduced into the injection zone is thus subjected to a competition between a diffusion in the porous substrate under the mask and a lateral evaporation by the uncoated free surface portion.
  • the diffusion rate By causing the diffusion rate to be greater than the evaporation rate, the product is transported under the mask, thereby defining a product channeling zone in the substrate, although no boundary or wall does not delimit this zone of product line laterally.
  • the device according to the invention takes advantage of this phenomenon to channel the product under the mask.
  • the product is: - either in liquid form, and conveyed according to the invention in pure form or in diluted form in a suitable solvent,
  • FIG. 1 is a perspective view of a microfluidic device according to the invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the device of FIG. 1 along the plane P2;
  • Figure la is a longitudinal sectional view of the device of Figure 1 along the plane Pl;
  • FIGS. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e represent the longitudinal section of a portion of product pipeline zone in the porous substrate according to different variants of the invention. These figures are deliberately very schematic and do not respect the scale between the various components shown in order to facilitate reading, each represented element retaining the same reference in all the figures. DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 therefore represents a microfluidic device 1 according to the invention intended to transport a given product F in a porous substrate. It is understood by the term microfluidics that the device is capable of transporting very small quantities of product (this term also including the so-called nano-fluidic devices).
  • This device 1 comprises a porous substrate in the form of a layer 2 attached to a support 3 impervious to the product in question.
  • the support 3 is plane
  • the layer 2 has a free surface 4, opposite to the face in contact with the support 3, also substantially flat.
  • the layer 2 has an injection zone ZI of the product F near one of its edges, and an arrival zone ZA and of collecting the product near the edge opposite to the preceding one. tooth, the flow direction of the product F from one to the other of the ZI injection and ZA arrival zones in the layer 2 being symbolized by the right arrows.
  • the porous substrate of the layer 2 is silicon oxide SiO 2 , with open pores with a diameter of 15 nanometers on average. Its porosity is about 60%.
  • Layer 2 has a thickness of about 300 nanometers. It was deposited on the support 3 by techniques known in the field of the deposition of thin layers, for example here sol gel from known precursors.
  • the layer 2 is surmounted by a mask 5, which is here an impermeable PDMS (polydimethylsiloxane) membrane, which partially covers the layer 2.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • This mask is chosen to be impervious to the product F that is to be transported by the device according to the invention.
  • the reference product F is here an aqueous solution of SnCl 4 .
  • the mask is here in the form of a flange with a central orifice delimiting in the porous substrate the injection zone ZI on which the product to be transported can be deposited. a pipette or a syringe.
  • the mask is in the form of a strip 7 leaving two parts 8, 9 free of the free surface 4 of the layer 2 on either side of this strip 7.
  • FIGS. 1a and 2 in combination with FIG. 1, make it possible to better understand how this strip 7 of the mask 5 makes it possible to define the product channelization zone ZE of the product F from the injection zone ZI to the zone d ZA arrival: the product F, injected into the injection zone ZI, flows under the upstream region 6 of the mask 5, since its evaporation is blocked by the presence of the mask. As soon as the product F exceeds the upstream region 6 of the mask 5, it will be able to evaporate by the zones 8.9, which is shown in FIG. 1 in the form of small curved arrows, whereas in the region of the layer 2 covered by the downstream portion 7 of the mask 5, it diffuses in layer 2 towards the arrival zone ZA.
  • FIG. 2 which is a transverse view of the device at the level of the downstream region of the mask 5
  • the edges of the strip 7 of the mask 5 will thus delimit in the layer 2 the product pipe zone ZE which basically extends under the mask.
  • the product channeling zone ZE has, in the thickness of the layer 2, a profile P which is flaring from the surface of the layer 2 in contact with the strip 7 of the mask 5 towards the surface of the layer 2 in contact with its support 3.
  • This profile is schematically illustrated here. It may, depending on the type of product and the characteristics of the porous substrate, be different, in particular be more or less flared.
  • Figure 2 very schematic, represents linear contours and very clear for this profile P. It will be understood that, in reality, this profile is rather delimited by curved contours and that in addition, it is not as net, the interface between the product in liquid form in the zone ZE and which passes in gaseous form outside this zone being diffused.
  • the arrangement of the mask 5 on the layer 2 thus confines the product F in a product pipeline zone ZE at the predetermined lateral boundaries.
  • the porous substrate constituting the layer 2 is made of silicon oxide SiO 2, with open pores having an average diameter of 200 nanometers and a porosity of approximately 30%.
  • the layer 2 has a thickness of about 500 nanometers, and was, as in the previous example, deposited by sol-gel. The other components of the device, and the mode of operation of the device, remain unchanged from Example 1.
  • FIGS. 3a to 3e illustrate alternative embodiments in which the porous substrate remains in the form of a layer 2 attached to a support 3, but has a variable physico-chemical characteristic in the zone of product pipeline ZE of the layer.
  • This variation can be regular, in the manner of a gradient, it can also be irregular, in stages for example, or affect only part of the product channelization zone.
  • This variation preferably affects, in these figures, the product channeling zone in the longitudinal direction of the product channeling zone, namely according to the direction of flow of the product.
  • Figures 3a to 3e are all portions of longitudinal sections of the zone ZE, the arrows recalling the direction of flow of the product.
  • FIG. 3a shows a longitudinal section of zone ZE, where the thickness of the layer decreases in a regular manner in the manner of a gradient
  • FIG. 3b represents a same section where, this time, the layer thickness is going up steadily. It is also possible, of course, to provide variations in thickness in the width of the product channeling zone.
  • FIG. 3c represents another variant, in which the porosity increases along zone ZE (very symbolic representation), and FIG. 3d where, this time, porosity decreases along zone ZE.
  • FIG. 3e represents yet another variant, in which the chemical composition of the material varies along the zone, with (in a still very symbolic way) a layer consisting entirely of a product in the vicinity of the injection zone ZI, then who introduces progressively in his composition a second product b, then, in its nearest part of the arrival zone ZA, consists of product b only.
  • the entire porous substrate consists of the same product mixture ab, of which only the relative proportion changes along the product channeling zone.
  • this variation can also affect the product channeling zone transversely to the direction of flow, or in the thickness of the layer in the product channeling zone.
  • the product circulates in the layer by capillarity, but that, in a known manner, its mode of propagation, and in particular its speed, can be modified by intervention of external factors, such as the application of an electric field or a pressure difference.
  • an interconnected pore material will be chosen, with a pore size of 1 to 1000 nanometers, especially 10 to 210 nanometers.
  • Its thickness when it is in the form of a layer, is preferably at least 10 nanometers and, for example, between 10 nanometers and 50,000 nanometers. It is, for example, at most 50 nanometers or at most 500 nanometers. It may be deposited on a support in the form of a layer by any type of thin-film manufacturing process directly on a support, for example by pyrolysis of precursors in the liquid phase (including sol-gel deposits), solid or gaseous, or still by vacuum deposition techniques such as cathode sputtering, reactive or not and assisted by magnetic field or not. It may also, especially if it is in the form of porous polymer, be manufactured in the form of a film which is then secured to a support.
  • the porous substrate may be silicon oxide. It may, more generally, be in at least one oxide, nitride or carbide of at least one element M preferably chosen from silicon Si, or a metal, especially Al, Ti, Zr and Ce, or be produced from a mixture of at least two of these products. It is possible to use, for example, mixtures of oxycarbide and / or silicon oxynitride and / or metals.
  • the porous material besides this or these mineral-type products, may comprise a certain amount of organic products more or less polymerized: We are talking about hybrid materials or nanocomposites.
  • porous polymer materials for example PMMA (polymethyl methacrylate) or PS (polystyrene), or alternatively PE (polyethylene), alone or as a mixture, especially in the form of block copolymers, or in polymer containing a product backbone comprising Si-O-Si bonds.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PS polystyrene
  • PE polyethylene
  • the porous substrate can be functionalized on the surface by organic groups comprising at least one carbon atom and at least one coupling agent of complexing type such as a phosphate, an acid carboxylic acid, or of a silane or siloxane type.
  • the porous substrate it is also possible for the porous substrate to comprise a stack of porous layers of different physicochemical characteristic (s), this configuration making it possible, in particular, to differentiate the flow of different particles.
  • the mask according to the examples was indicated as devoid of pores. Alternatively, it may have pores, but which are chosen to be smaller than the pores of the porous substrate.
  • the porous substrate was shown in the examples as a substantially planar layer deposited on a plane support as well.
  • a support that is not plane, which, for example, has a surface on which the layer is deposited, which is curved, convex, concave, wavy ..., the layer, in fact, adopting the same profile. Even in this last In this case, the device remains simpler to manufacture than the massive micro-conduits or the channels of the prior art.
  • the porous substrate preferably has a porosity of at least 10%, preferably about 30 to 60%.
  • the mask is preferably plated on the free surface of the layer with a substantially direct direct contact between the two materials.
  • the contact is not perfectly continuous without the technical effect of the invention, namely the quartering of the flow of the product in the zone underlying the mask, being substantially affected, particularly if product vapor bubbles were trapped at the interface between layer and mask.
  • the mask can therefore be provided removably, which is very advantageous: if it can be placed on the porous substrate and removed without substantially affecting neither the integrity of the layer nor that of the mask, one can, depending on the product that We want to transport, or the route we want to follow, to design games of porous layers and sets of masks, which can be combined two by two as needed.
  • the device according to the invention can serve as means for conveying products to separate analysis devices. But it can also be designed so that, during the transport of the product in the porous substrate, the product undergoes a treatment (as a separation of its products, as mentioned above with the variant using a stack of layers of different porous substrates) or a modification. It may be, in particular, a separation between different products contained in the product, or a heterogeneous catalysis reaction products or a products contained in the product. In this case, it is therefore expected that the device of the invention also comprises treatment means or ad hoc catalysts.
  • the device according to the invention may further comprise a controlled atmosphere enclosure in which is disposed the porous substrate.
  • the invention also has methods for implementing the device, according to two alternative variants:
  • a first variant the product to be conveyed is injected into the dry porous substrate.
  • the product is conveyed in liquid form into the porous substrate under the mask by capillarity, and evaporates in the uncovered free surface portions of the porous substrate, as explained in detail above.
  • the porous substrate is impregnated with a solvent prior to the injection into it of the product to be conveyed, which product is soluble / miscible in the solvent in question.
  • the product can be produced only of the pure product which is to be conveyed, or of the product - solid or liquid - dissolved in a solvent (the same as the solvent used to impregnate the product). substrate or other solvent compatible-miscible with it).
  • Prior impregnation of the porous substrate can be achieved by capillary condensation, placing the substrate in a solvent rich atmosphere and then reducing the relative pressure of the solvent after saturation of the layer to allow evaporation.
  • the product either pure or in a liquid solvent, once injected into the porous substrate, is conveyed into the substrate under the mask by osmosis or by diffusion at the solid / liquid interface, the unprocessed solvent.
  • the residual solvent defines liquid channels in which the products injected into the injection zone go ability to migrate by diffusion into the solvent channels.

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif micro- fluidique (1) pour convoyer du produit par diffusion dans un substrat poreux (2) d'une zone d'injection (ZI) de produit (F) à une zone d'arrivée (ZA) de produit reliées par une zone de canalisation de produit (ZE). Selon l'invention, le substrat poreux présente une surface libre (4) qui est partiellement recouverte d'un masque (5,6,7) imperméable au produit et qui s'étend de la zone d'injection (ZI) à la zone d'arrivée (ZA) pour définir dans le substrat la zone de canalisation de produit (ZE), de façon à permettre une évaporation du produit par une portion non recouverte (8,9) de la surface libre (4).

Description

Dispositif micro-fluidique pour convoyer un produit par diffusion dans un substrat poreux
L'invention concerne un dispositif dit micro- ou nano- fluidique, destiné à acheminer notamment des pro- duits en très petite quantité par diffusion dans une matrice poreuse.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
L'acheminement de fluide proprement dit ou de soluté dissous dans un fluide (on parlera ci-après de pro- duits) par diffusion au sein d'une matrice poreuse intervient dans diverses applications, telles que la séparation (membranes, tamis moléculaire) , la catalyse hétérogène (supports catalytiques) , l'analyse (capteurs environnementaux, chromatographie, analyse médicale) . II est connu de conformer cette matrice poreuse sous la forme d'une micro conduite cylindrique, destinée à être alimentée à l'une de ses extrémités en produit, et qui est gainée par une enveloppe d'un matériau imperméable au produit à convoyer. L'enveloppe confine ainsi l'écoulement du produit dans la conduite de l'une à l'autre de ses extrémités, écoulement qui peut avoir lieu soit sous l'action de forces naturelles (capillarité), soit par sollicitation externe (telle qu'une différence de pression, un champ électrique) . II est également connu de la demande de brevet
US2007/0092411 une conduite micro fluidique comprenant un premier substrat dont les parois définissent un canal d'écoulement, canal qui est rempli de substrat poreux et qui est recouvert d'un deuxième substrat. Dans un cas comme dans l'autre, ces configurations ne sont pas dénuées d'inconvénients. La fabrication de micro-conduites gainées ou de substrats définissant des canaux est, notamment, assez délicate.
Il est connu du document FR2282469 un dispositif microfluidique comportant un substrat poreux sous forme de couche ayant une première face en appui contre un sup- port imperméable et une face opposée formant une surface libre par laquelle le produit transporté est susceptible de s'évaporer. Des orifices dans le support définissent dans le substrat poreux des zones d'injection de produit et des zones d'arrivée de produit qui débouchent sur la face en contact avec le support.
Le document US5223220 décrit quant à lui un dispositif avec un substrat poreux en couche enfermée dans une boîte dont le fond forme un support imperméable et le couvercle recouvre le substrat poreux en découvrant des portions de la surface en regard du substrat poreux pour y définir des zones d'injection et des zones d'arrivée de fluide .
Dans ce type de dispositif, le produit injecté dans la zone d'injection diffuse dans le substrat poreux, sans possibilité d'évaporation avant d'atteindre la zone d ' arrivée .
BUT DE L'INVENTION
Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des dispositifs évoqués précédemment, qui puisse, notamment, permettre une fabrication et/ou une mise en œuvre plus simple.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention a pour objet un dispositif micro- fluidique pour convoyer un produit par diffusion dans un substrat poreux d'une zone d'injection de produit à une zone d'arrivée de produit reliées par une zone de canalisation de produit, le substrat poreux étant en forme de couche ayant une face s 'étendant contre un support imper- méable au produit et une face opposée forme une surface libre sur laquelle débouche la zone d'injection, caractérisé en ce que la surface libre est partiellement recouverte d'un masque imperméable au produit et qui s'étend de la zone d'injection à la zone d'arrivée pour définir dans une portion du substrat recouverte par le masque la zone de canalisation de produit, en permettant une diffusion du produit dans le substrat sans le masque de la zone d'injection à la zone d'arrivée concurremment une évaporation du produit par des portions non recouvertes de la surface libre de part et d'autre du masque.
Le produit introduit dans la zone d'injection est donc soumis à une compétition entre une diffusion dans le substrat poreux sous le masque et une évaporation latérale par la partie de surface libre non recouverte. En faisant en sorte que le taux de diffusion soit plus important que le taux d'évaporation, on obtient un transport du produit sous le masque, qui définit ainsi une zone de canalisation de produit dans le substrat, bien qu'aucune frontière ou aucune paroi ne délimite latérale- ment cette zone de canalisation de produit. Ainsi, loin d'éviter l 'évaporation, le dispositif selon l'invention profite de ce phénomène pour canaliser le produit sous le masque .
Il est ainsi aisé de conférer au dispositif de l'invention des formes et des longueurs de zone de canalisation de produit très variées, en adaptant uniquement la forme et la longueur du masque.
On comprend dans le cadre de la présente invention que le produit est : - soit sous forme liquide, et convoyé conformément à l'invention sous forme pure ou sous forme diluée dans un solvant approprié,
- sois sous forme solide, pulvérulente par exemple, et dissout dans un solvant approprié. On comprend également par produit un mélange de plusieurs produits.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, il- lustrant plusieurs modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.
Il sera fait référence aux figures des dessins annexés, où : - la figure 1 représente en perspective un dispositif micro-fluidique selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1 selon le plan P2 ; la figure la est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 1 selon le plan Pl ;
- les figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e représentent la section longitudinale d'une portion de zone de canalisation de produit dans le substrat poreux selon différentes variantes de l'invention. Ces figures sont volontairement très schématiques et ne respectent pas l'échelle entre les différents composants représentés afin d'en faciliter la lecture, chaque élément représenté conservant la même référence dans l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
La figure 1 représente donc un dispositif micro- fluidique 1 selon l'invention, destiné à transporter dans un substrat poreux un produit F donné. On comprend sous le terme de micro-fluidique le fait que le dispositif est apte à transporter de toutes petites quantités de produit (ce terme incluant également les dispositifs appelés na- no-fluidiques) . Ce dispositif 1 comprend un substrat poreux sous forme d'une couche 2 rapportée sur un support 3 imperméable au produit en question. Dans ce mode de ré- alisation, le support 3 est plan, et la couche 2 présente une surface libre 4, opposée à la face en contact avec le support 3, elle aussi substantiellement plane. La couche 2 présente une zone d'injection ZI du produit F à proximité de l'un de ses bords, et une zone d'arrivée ZA et de collecte du produit à proximité du bord opposé au précé- dent, le sens d'écoulement du produit F de l'une à l'autre des zones d'injection ZI et d'arrivée ZA dans la couche 2 étant symbolisé par les flèches droites.
Ici, le substrat poreux de la couche 2 est en oxyde de silicium SiO2, à pores ouverts d'un diamètre de 15 nanomètres en moyenne. Sa porosité est d'environ 60%. La couche 2 a une épaisseur de 300 nanomètres environ. Elle a été déposée sur le support 3 par des techniques connues dans le domaine du dépôt de couches minces, par exemple ici par sol gel à partir de précurseurs connus.
La couche 2 est surmontée d'un masque 5, qui est ici une membrane de PDMS (polydimethylsiloxane) imperméable, qui recouvre partiellement la couche 2. Ce masque est choisi pour être imperméable au produit F que l'on veut transporter par le dispositif selon l'invention.
A titre illustratif, le produit F de référence est ici une solution aqueuse de SnCl4.
Dans une région amont 6 (en référence au sens d'écoulement du produit), le masque est ici en forme de collerette avec un orifice central délimitant dans le substrat poreux la zone d'injection ZI sur laquelle on peut déposer le produit à transporter par une pipette ou une seringue. Dans une région aval, le masque est en forme de bande 7 laissant libres deux parties 8, 9 de la surface libre 4 de la couche 2 de part et d'autre de cette bande 7.
Les figures la et 2, en combinaison avec la figure 1, permettent de mieux comprendre comment cette bande 7 du masque 5 permet de définir la zone de canali- sation de produit ZE du produit F de la zone d'injection ZI à la zone d'arrivée ZA : le produit F, injecté dans la zone d'injection ZI, s'écoule sous la région amont 6 du masque 5, puisque son évaporation est bloquée par la présence du masque. Dès que le produit F dépasse la région amont 6 du masque 5, il va pouvoir s'évaporer par les zo- nés 8,9 laissées libres de la couche 2, comme cela est représenté à la figure 1 sous la forme des petites flèches courbes, alors que dans la zone de la couche 2 recouverte par la portion aval 7 du masque 5, il va diffu- ser dans la couche 2 en direction de la zone d'arrivée ZA.
Comme représenté à la figure 2, qui est une vue transversale du dispositif au niveau de la région aval du masque 5, les bords de la bande 7 du masque 5 vont ainsi délimiter dans la couche 2 la zone de canalisation de produit ZE qui s'étend essentiellement sous le masque.
La zone de canalisation de produit ZE a, dans l'épaisseur de la couche 2, un profil P qui va en s 'évasant de la surface de la couche 2 en contact avec la bande 7 du masque 5 vers la surface de la couche 2 en contact avec son support 3. Ce profil est ici illustré schématiquement . Il peut, selon le type de produit et les caractéristiques du substrat poreux, être différent, notamment être plus ou moins évasé. La figure 2, très sché- matique, représente des contours linéaires et très nets pour ce profil P. On comprendra que, dans la réalité, ce profil est plutôt délimité par des contours courbes et qu'en outre, il n'est pas aussi net, l'interface entre le produit sous forme liquide dans la zone ZE et qui passe sous forme gazeuse en dehors de cette zone étant diffuse. La disposition du masque 5 sur la couche 2 confine donc le produit F dans une zone de canalisation de produit ZE aux frontières latérales prédéterminées.
Selon un deuxième exemple, le substrat poreux constitutif de la couche 2 est en oxyde de silicium SiO2, à pores ouverts de diamètre 200 nanomètres en moyenne et de porosité d'environ 30 %. La couche 2 a une épaisseur d'environ 500 nanomètres, et a été, comme dans l'exemple précédent, déposée par sol-gel. Les autres composants du dispositif, et le mode de fonctionnement du dispositif, restent inchangés par rapport à l'exemple 1.
Les figures 3a à 3e illustrent des variantes de réalisation où le substrat poreux reste sous la forme d'une couche 2 rapportée sur un support 3, mais présente une caractéristique physico-chimique variable dans la zone de canalisation de produit ZE de la couche. Cette variation peut être régulière, à la manière d'un gradient, elle peut aussi être irrégulière, par paliers par exemple, ou n'affecter qu'une partie de la zone de cana- lisation de produit. Cette variation affecte de préférence, et dans ces figures, la zone de canalisation de produit dans le sens longitudinal de la zone de canalisation de produit, à savoir selon le sens d'écoulement du produit . Les figures 3a à 3e représentent toutes des portions de coupes longitudinales de la zone ZE, les flèches rappelant le sens d'écoulement du produit. Ainsi, la figure 3a représente une section longitudinale de la zone ZE, où l'épaisseur de la couche va en diminuant de façon régulière à la manière d'un gradient, et la figure 3b représente une même section où, cette fois, l'épaisseur de la couche va en augmentant de façon régulière. Il est également possible, bien sûr, de prévoir des variations d'épaisseur dans la largeur de la zone de canalisation de produit.
La figure 3c représente une autre variante, où la porosité augmente au long de la zone ZE (représentation très symbolique), et la figure 3d où, cette fois, la porosité diminue au long de la zone ZE. La figure 3e représente encore une autre variante, où la composition chimique du matériau varie le long de la zone, avec (de façon très symbolique encore) , une couche entièrement constituée d'un produit a à proximité de la zone d'injection ZI, puis qui introduit pro- gressivement dans sa composition un second produit b, puis qui, dans sa partie la plus proche de la zone d'arrivée ZA, n'est plus constituée que du produit b. Bien sûr, on peut aussi prévoir que l'ensemble du substrat poreux soit constitué d'un même mélange de produits ab, dont seule la proportion relative change le long de la zone de canalisation de produit. A noter qu'on peut également prévoir une modification de la composition chimique de la couche dans son épaisseur ou dans sa section transversale . Selon d'autres variantes de l'invention, cette variation peut aussi affecter la zone de canalisation de produit transversalement au sens d'écoulement, ou encore dans l'épaisseur de la couche dans la zone de canalisation de produit. A noter que dans les modes de réalisation décrits plus haut, le produit circule dans la couche par capillarité, mais que, de façon connue, son mode de propagation, et notamment sa vitesse, peut être modifié par intervention de facteurs extérieurs, comme l'application d'un champ électrique ou une différence de pression.
Naturellement, on prendra soin de choisir de façon appropriée le type de produit et le type de substrat poreux, de façon à ce que la vitesse de diffusion du produit considéré dans le substrat poreux considéré reste supérieure à sa vitesse d'évaporation, de façon à éviter que la propagation du produit ne se fasse dans la portion de surface libre du substrat poreux non recouverte par le masque, et pour s'assurer que le produit sera correctement transporté de la zone d'injection ZI à la zone d'arrivée ZS.
De même, il est avantageux de moduler la pression de vapeur autour du dispositif, de façon à contrôler l 'évaporation du produit par la portion de surface libre non recouverte du substrat poreux. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits, et elle englobe toute variante restant dans le cadre des revendications.
Notamment, d'autres substrats poreux que ceux décrits dans les exemples précédents peuvent être utilisés. De préférence, on choisira un matériau à pores interconnectés, avec une taille de pores de 1 à 1000 nanomètres, notamment de 10 à 210 nanomètres.
Son épaisseur, quand il se présente sous forme de couche, est de préférence d'au moins 10 nanomètres et, par exemple, comprise entre 10 nanomètres et 50 000 nanomètres. Elle est par exemple d'au plus 50 nanomètres ou d'au plus 500 nanomètres. Il peut être déposé sur un support sous forme de couche par tout type de procédé de fabrication de couches minces directement sur un support, par exemple par pyrolyse de précurseurs en phase liquide (incluant les dépôts par sol-gel), solide ou gazeuse, ou encore par des techniques de dépôt sous vide du type pulvérisation cathodique, réactive ou non et assistée ou non par champ magnétique. Il peut aussi, notamment s'il est sous forme de polymère poreux, être fabriqué sous forme de film qu'on vient ensuite solidariser à un support.
On peut, toujours dans le cadre de l'invention, concevoir un substrat poreux sur une certaine épaisseur, et imperméable au produit sur le reste de son épaisseur : on a alors un substrat poreux avec son support intégré.
Comme vu dans les exemples 1 et 2, le substrat poreux peut être en oxyde de silicium. Il peut, plus généralement, être en au moins un oxyde, nitrure ou carbure d'au moins un élément M choisi de préférence parmi le si- licium Si, ou un métal, notamment Al, Ti, Zr et Ce, ou être produit d'un mélange d'au moins deux de ces produits. On peut utiliser, par exemple, des mélanges d'oxycarbure et/ou d'oxynitrure de silicium et/ ou de métaux. Le matériau poreux, outre ce ou ces produits de type minéral, peut comprendre une certaine quantité de produits organiques plus ou moins polymérisés : On parle alors de matériaux hybrides ou nanocomposites .
On peut aussi choisir des matériaux poreux en polymère, par exemple en PMMA (polyméthacrylate de méthyle) ou en PS (polystyrène) , ou encore en PE (polyéthylène) , seuls ou en mélange, notamment sous forme de copolymères blocs, ou encore en polymère contenant un squelette de produits comprenant des liaisons Si-O-Si.
On peut également prévoir que le substrat poreux, quelle que soit sa composition chimique, puisse être fonctionnalisé en surface par des groupements organiques comportant au moins un atome de carbone et au moins un agent de couplage de type complexant tel qu'un phosphate, un acide carboxylique, ou de type un silane ou siloxane. Selon une variante de l'invention, on peut aussi prévoir que le substrat poreux comporte un empilement de couches poreuses de caractéristique (s) physicochimique (s) différente (s) , cette configuration permettant, notamment, de différencier l'écoulement de diffé- rents produits d'un même produit, chaque produit présentant une affinité particulière pour une couche particulière de l'empilement, ce qui, de facto permet des variations de composition ou de porosité dans l'épaisseur du substrat poreux, comme évoqué plus haut. Le masque selon les exemples a été indiqué comme dépourvu de pores. Alternativement, il peut présenter des pores, mais qui sont choisis de taille inférieure aux pores du substrat poreux.
Le substrat poreux a été présenté dans les exem- pies sous la forme d'une couche substantiellement plane déposée sur un support également plan. On pourra bien sûr utiliser un support qui ne soit pas plan, qui, par exemple, ait une surface sur laquelle la couche est déposée, qui soit courbe, convexe, concave, ondulée ..., la couche, de fait, adoptant le même profil. Même dans ce dernier cas de figure, le dispositif reste de fabrication plus simple que les micro-conduites massives ou les canaux de l'art antérieur.
Le substrat poreux a de préférence une porosité d'au moins 10%, de préférence d'environ 30 à 60%.
Le masque est de préférence plaqué sur la surface libre de la couche avec un contact direct substantiellement continu entre les deux matériaux. Cependant, on peut aussi envisager que le contact ne soit pas parfaitement continu sans que l'effet technique de l'invention, à savoir le cantonnement de l'écoulement du produit dans la zone sous-jacente au masque, soit sensiblement affecté, notamment si des bulles de vapeur de produit se trouvaient emprisonnées à l'interface entre couche et masque. Le masque peut dès lors être prévu amovible, ce qui est très avantageux : si on peut le poser sur le substrat poreux et le retirer sans affecter sensiblement ni l'intégrité de la couche ni celle du masque, on peut, en fonction du produit que l'on veut transporter, ou du trajet qu'on veut lui faire suivre, concevoir des jeux de couches poreuses et des jeux de masques, qu'on peut ensuite associer deux à deux en fonction des besoins. Et si la couche ou le masque présente des défauts, on peut la/le remplacer sans avoir à remplacer l'ensemble. Enfin, le dispositif selon l'invention peut servir de moyen de convoyage de produits vers des dispositifs d'analyse distincts. Mais il peut aussi être conçu de façon à ce que, lors du transport du produit dans le substrat poreux, le produit subisse un traitement (comme une séparation de ses produits, comme on l'a mentionné plus haut avec la variante utilisant un empilement de couches en substrats poreux différents) ou une modification. Il peut s'agir, notamment, d'une séparation entre différents produits contenus dans le produit, ou d'une réaction de catalyse hétérogène des produits ou de l'un des produits contenus dans le produit. Dans ce cas, on prévoit donc que le dispositif de l'invention comprenne également des moyens de traitement ou les catalyseurs ad hoc . Le dispositif selon l'invention peut en outre comporter une enceinte à atmosphère contrôlée dans la quelle est disposé le substrat poreux.
L'invention a également des procédés de mise en œuvre du dispositif, selon deux variantes alternatives : Selon une première variante, on injecte le produit à convoyer dans le substrat poreux sec. Le produit est convoyé sous forme liquide dans le substrat poreux sous le masque par capillarité, et s'évapore dans les portions de surface libres non recouvertes du substrat poreux, comme expliqué en détails ci-avant.
Selon une deuxième variante d'utilisation, on imprègne le substrat poreux d'un solvant préalablement à l'injection dans celui-ci du produit à convoyer, produit soluble/miscible dans le solvant en question. Comme ex- pliqué au début de la demande, le produit peut être produit uniquement du produit pur que l'on veut convoyer, ou du produit - solide ou liquide - mis en solution dans un solvant (le même que le solvant servant à imprégner le substrat ou un autre solvant compatible-miscible avec ce- lui-ci). L'imprégnation préalable du substrat poreux peut être réalisée par condensation capillaire, en plaçant le substrat dans une atmosphère riche en solvant puis en réduisant la pression relative du solvant après saturation de la couche afin de permettre l 'évaporation . On attend que 1 'évaporation ne laisse subsister de solvant uniquement dans les zones d'injection, de canalisation et d'arrivée. Le produit, soit pur, soit dans un solvant liquide, une fois injecté dans le substrat poreux, est convoyé dans le substrat sous le masque par osmose ou par diffusion à l'interface solide/liquide, le solvant impré- gnant initialement le substrat dans cette zone de canalisation de produit servant en quelque sorte de milieu de diffusion au produit ou au soluté sans être lui-même déplacé : Le solvant résiduel définit des canaux liquides dans lesquels les produits injectés dans la zone d'injection vont pouvoir migrer par diffusion dans les canaux de solvant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif micro-fluidique (1) pour convoyer un produit par diffusion dans un substrat poreux (2) d'une zone d'injection (ZI) de produit (F) à une zone d'arrivée (ZA) de produit reliées par une zone de canalisation de produit (ZE), le substrat poreux étant en forme de couche ayant une face s 'étendant contre un support imperméable au produit et une face opposée forme une sur- face libre sur laquelle débouche la zone d'injection, caractérisé en ce que la surface libre (4) est partiellement recouverte d'un masque (5,6,7) imperméable au produit et qui s'étend de la zone d'injection (ZI) à la zone d'arrivée (ZA) pour définir dans une portion du substrat recouverte par le masque la zone de canalisation de produit (ZE), en permettant une diffusion du produit dans le substrat sans le masque de la zone d'injection à la zone d'arrivée concurremment une évaporation du produit par des portions non recouvertes (8,9) de la surface libre (4) de part et d'autre du masque.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le substrat poreux (2) présente des pores interconnectés, avec de préférence une taille de pores de 1 à 1000 nanomètres.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le substrat poreux (2) a une épaisseur d'au moins 10 nanomètres, de préférence comprise entre 10 et 50 000 nanomètres .
4. Dispositif selon la revendication 1, dans Ie- quel le substrat poreux (2) comprend au moins un oxyde, nitrure ou carbure d'au moins un élément M choisi parmi le silicium Si, ou un métal, notamment Al, Ti, Zr et Ce, ou être produit d'un mélange d'au moins deux de ces produits, ou encore un (des) (co) polymère (s) poreux .
5. Dispositif selon la revendication 1, dans Ie- quel le substrat poreux (2) a une porosité d'au moins 10%, de préférence d'environ 30 à 60%.
6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le substrat poreux est une couche (2) rapportée sur un support (3) et présente au moins une caractéristique physico-chimique variable dans la zone de canalisation de produit (ZE), de préférence selon le sens d'écoulement du produit (F), par exemple une variation d'épaisseur, et/ou une variation de porosité et/ou une variation de composi- tion chimique.
7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le substrat en substrat poreux (2) comporte un empilement de couches poreuses de caractéristique (s) physicochimique (s) différente (s) .
8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le masque (5,6,7) est dépourvu de pores ou présente des pores de taille inférieure aux pores du substrat en substrat poreux (2) .
9. Dispositif selon la revendication 1, dans Ie- quel le masque (5,6,7) comprend au moins un polysi- loxane (s) .
10. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le masque (5,6,7) est amovible.
11. Dispositif selon la revendication 1, qui com- prend des moyens de traitement du produit.
12. Procédé de mise en œuvre du dispositif selon la revendication 1, dans lequel on injecte le produit à convoyer dans le substrat poreux sec.
13. Procédé de mise en œuvre du dispositif selon la revendication 1, dans lequel on imprègne le substrat poreux d'un solvant préalablement à l'injection dans celui-ci du produit à convoyer, produit miscible avec ledit solvant .
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