WO2017029348A1 - Carte fluidique comportant au moins une vanne fluidique - Google Patents
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Definitions
- This fluidic card is used with a card holder, adapted to allow deformation of the flexible film when the fluidic card is plated on it. More precisely, the deformation is obtained by means of a pressure fluid circulating in a fluidic channel for controlling the card support.
- each insertion counterbore has a thickness that is smaller than the thickness of the fluidic valve diaphragm that it is intended to receive.
- the fluidic actuation channel may open, on the proximal surface of the second fluidic support, substantially orthogonal to the extension direction of the second fluidic support according to its largest dimension.
- the fluidic card may have dimensions similar or similar to the dimensions of a credit card. Its thickness may be sufficient to contain at least one inlet fluid channel, an outlet fluid channel and an actuating fluid channel, and possibly a fluidic network (having a plurality of fluidic channels).
- the first 1 and second 2 fluidic supports are in particular fixed to one another by thermal sealing according to a thermocompression principle.
- thermal sealing according to a thermocompression principle.
- other types of fastening means are possible.
- the respective proximal surfaces 1a and 2a of the first 1 and second 2 fluidic supports are in direct contact with each other, the diaphragm 6 not involved during sealing.
- the second fluidic support 2 constitutes a lower stage S2 in which an actuating fluidic channel 5 is formed.
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Abstract
L'objet principal de l'invention est une carte fluidique (10), caractérisé en ce qu'elle comporte des premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques directement solidarisés ensemble, dans lesquels sont respectivement formés au moins partiellement un canal fluidique d'entrée (3) et un canal fluidique de sortie (4), et un canal fluidique d'actionnement (5), un diaphragme de vanne fluidique (6) étant positionné entre les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques pour permettre la formation d'une vanne fluidique (7), le canal fluidique d'actionnement (5) étant soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique (7), et le diaphragme de vanne fluidique (6) étant apte à être déformé entre une position fermée dans laquelle il empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4), et une position ouverte dans laquelle il l'autorise.
Description
CARTE FLUIDIQUE COMPORTANT AU MOINS UNE VANNE FLUIDIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des cartes fluidiques, permettant notamment la réalisation de diagnostics in vitro. Elle concerne tout particulièrement le domaine des vannes fluidiques présentes sur ces cartes fluidiques et le domaine des techniques relatives au pilotage de telles vannes fluidiques.
L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines industriels, comme entre autres les domaines de la recherche médicale, de la biologie, de la pharmaceutique et de l'environnement (qualité de l'air, menaces, ...).
L'invention propose ainsi une carte fluidique comportant un premier support fluidique et un deuxième support fluidique entre lesquels est placé un diaphragme pour former une vanne fluidique, ainsi qu'un procédé de pilotage d'au moins une vanne fluidique d'une telle carte fluidique et un procédé de fabrication correspondant.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
On connaît déjà de la demande de brevet français FR 3 006 207 Al un exemple de carte fluidique comportant un canal fluidique formé dans un support rigide, la carte fluidique comportant un film souple disposé sur la surface du support rigide au niveau de laquelle débouche une ouverture du canal fluidique. La déformation du film souple entre une position fermée et une position ouverte permet alors d'empêcher ou de permettre un écoulement de fluide du canal fluidique au travers de l'ouverture.
Cette carte fluidique est utilisée avec un support de carte, apte à permettre la déformation du film souple lorsque la carte fluidique est plaquée dessus. Plus précisément, la déformation est obtenue par le biais d'un fluide de pression circulant dans un canal fluidique de pilotage du support de carte.
Toutefois, plusieurs aspects de cette carte fluidique ne sont pas entièrement satisfaisants. En effet, d'une part, le film souple utilisé peut avoir une déformation plastique mais pas nécessairement élastique, ce qui peut limiter la possibilité de
débattement vertical. D'autre part, l'emploi du support de carte impose d'aligner des moyens externes à la géométrie de la carte fluidique. En cas de changement de géométrie de carte fluidique, le support de carte doit alors être reconfiguré. En particulier, l'actionnement externe étant placé directement sous la vanne fluidique, il faut alors modifier le support si l'on souhaite déplacer la vanne.
Par ailleurs, on connaît aussi de la demande internationale WO 02/41994 A2 un dispositif fluidique pour effectuer des essais chimiques sur lequel est réalisée une vanne fluidique. Celle-ci est formée entre une plaque supérieure et une plaque inférieure avec utilisation d'un diaphragme flexible venant fermer ou ouvrir l'orifice d'un canal fluidique par mise sous pression d'un port et d'une chambre de commande.
Cependant, là encore plusieurs aspects de ce dispositif fluidique ne sont pas entièrement satisfaisants. Ainsi, par exemple, pour pouvoir réaliser des vannes fluidiques sur différents niveaux (ou différentes hauteurs) du dispositif fluidique, il faut utiliser différents films qui doivent être percés pour tenir compte des entrées et sorties fluidiques, entraînant alors des difficultés d'alignement. En outre, la mise en œuvre sur un même niveau du dispositif fluidique de vannes fluidiques réalisées en différents matériaux ne semble pas envisageable. De plus, la sortie fluidique, dans le plan de la surface proximale, peut poser des problèmes d'étanchéité (infiltration d'air sous le film par exemple) et de modification du volume (déformation du film dans le canal lors de l'infiltration d'air).
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a ainsi pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention vise notamment à proposer une solution alternative améliorée de conception d'une vanne fluidique de carte fluidique permettant un pilotage simplifié de son fonctionnement.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une carte fluidique, caractérisé en ce qu'elle comporte :
- un premier support fluidique dans lequel sont formés au moins partiellement un canal fluidique d'entrée et un canal fluidique de sortie, et
- un deuxième support fluidique dans lequel est formé au moins partiellement un canal fluidique d'actionnement,
les premier et deuxième supports fluidiques étant directement solidarisés l'un contre l'autre, la carte fluidique comportant un diaphragme de vanne fluidique positionné entre les premier et deuxième supports fluidiques, contre une surface proximale du premier support fluidique et contre une surface proximale du deuxième support fluidique, le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie débouchant sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, et le canal fluidique d'actionnement débouchant sur la surface proximale du deuxième support fluidique également en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, pour permettre la formation d'une vanne fluidique,
le canal fluidique d'actionnement étant soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique,
le diaphragme de vanne fluidique étant apte, sous l'action des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique, à être déformé entre une position fermée dans laquelle il empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie, et une position ouverte dans laquelle il autorise la présence d'un espace d'écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie.
Par l'expression « directement solidarisés l'un contre l'autre », il faut comprendre qu'au moins une partie de la surface proximale du premier support fluidique est placée au contact direct d'au moins une partie de la surface proximale du deuxième support fluidique. En particulier, aucun matériau, notamment un matériau utilisé pour jouer le rôle de membrane ou de diaphragme, n'est placé entre les deux surfaces proximales des premier et deuxième supports fluidiques pour prendre au part à la solidarisation, notamment au scellement, des supports entre eux.
Par ailleurs, dans la présente description, le terme « débouchant » doit être compris dans un sens large. En particulier, un canal fluidique peut déboucher sur une
surface de façon directe, c'est-à-dire sans élément intermédiaire (au contact de la surface), ou de façon indirecte. Ainsi, on parlera également de canal débouchant sur une surface proximale lorsque le canal débouche dans un espace intermédiaire aménagé débouchant lui-même sur la surface proximale.
La carte fluidique peut également être appelée carte microfluidique ou consommable. L'ensemble formé par le diaphragme de vanne fluidique disposé entre les premier et deuxième supports fluidiques constitue une vanne de la carte fluidique. La déformation du diaphragme de vanne fluidique entre les positions ouverte et fermée permet la régulation de cette vanne. La vanne de la carte fluidique est donc incluse dans celle-ci, l'ensemble étant consommable (i.e. jetable, après une ou plusieurs utilisations selon l'application).
La déformation du diaphragme de vanne fluidique se fait sous l'action des moyens d'actionnement pneumatique pour atteindre la position fermée. Cette déformation est avantageusement réversible pour permettre au diaphragme de vanne fluidique de revenir dans la position normalement ouverte. L'activation ou pilotage de la vanne de la carte fluidique peut ainsi se faire par actionnement pneumatique et relâchement sur le diaphragme de vanne fluidique.
Il est à noter que, dans toute la description, les termes « proximal » et « distal » sont à comprendre par rapport au positionnement d'un élément relativement à la ou les vannes fluidiques formées entre les premier et deuxième supports fluidiques. Autrement dit, la surface proximale d'un élément est la surface située le plus à proximité de la ou des vannes fluidiques, tandis que la surface distale de l'élément est la surface la plus éloignée de la ou des vannes fluidiques.
Grâce à l'invention, on peut obtenir une conception de vanne fluidique de carte fluidique et un principe de pilotage du fonctionnement d'une telle vanne fluidique avec une grande fiabilité et une grande simplicité. Il peut en outre être possible de réaliser des vannes fluidiques sur différents niveaux (ou différentes hauteurs) d'une carte fluidique, et sur un même niveau, de mettre en œuvre des vannes fluidiques en différents matériaux. En effet, dans le cas par exemple où un procédé prévoit l'utilisation de solvants et d'eau, certains matériaux sont adaptés aux solvants tandis que d'autres sont
plus adaptés à l'eau. Selon la position sur le circuit microfluidique, il serait possible de faire varier le matériau du diaphragme pour optimiser la compatibilité chimique. Par ailleurs, la solution proposée par l'invention peut permettre d'intégrer des canaux fluidiques et des canaux d'actionnement pneumatique sur plusieurs niveaux de la carte fluidique tout en simplifiant la réalisation et en regroupant les entrées et sorties d'air pour l'actionnement des vannes fluidiques. De plus, la conception de vanne fluidique proposée par l'invention peut permettre d'apporter une grande flexibilité dans la réalisation d'une carte fluidique. En outre, le concept de carte fluidique selon l'invention peut permettre de diminuer l'effort à appliquer pour le fonctionnement de la carte, d'obtenir une meilleure étanchéité et une meilleure résistance dans le temps, de bénéficier de la grande flexibilité des matériaux utilisés, de leur épaisseur et de leur diamètre, entre autres. De plus, la conception proposée de positionnement perpendiculaire du diaphragme pour être pincé sur toute la périphérie peut permettre d'éviter les inconvénients énoncés précédemment de l'art antérieur quant aux problèmes d'étanchéité et de modification du volume.
La carte fluidique selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
La carte fluidique peut comporter une pluralité de canaux fluidiques d'entrée et de sortie formant ensemble un circuit fluidique de la carte. De tels canaux fluidiques peuvent, tous ou au moins certains, déboucher sur un diaphragme de vanne fluidique pour former une vanne de carte fluidique comme selon l'invention.
L'expression « position ouverte » doit être comprise au sens large. Ainsi, elle désigne toute position dans laquelle du fluide peut s'écouler entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie. L'expression « position ouverte » peut donc correspondre à différents degrés d'ouverture, par exemple une position de semi- ouverture, c'est-à-dire une déformation médiane du diaphragme de vanne fluidique ou encore une pression médiane exercée sur le diaphragme de vanne fluidique, ou une position d'ouverture totale, c'est-à-dire une déformation nulle du diaphragme de vanne fluidique ou encore une absence de pression exercée sur le diaphragme de vanne
fluidique. En particulier, la position d'ouverture totale permet un écoulement maximal de fluide entre le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie. Deux configurations nominales (au repos, ou d'équilibre) sont possibles : la position normalement ouverte et la position normalement fermée. Dans le cas d'une configuration normalement ouverte, la position au repos permet au fluide de s'écouler sans apport d'énergie extérieure. La fermeture de la vanne s'effectue par l'application d'une pression. Dans le cas d'une configuration normalement fermée, la position au repos empêche le fluide de s'écouler. Il est possible d'exercer une pression externe pour maintenir l'étanchéité en cas de pression de fluide trop importante. L'ouverture de la vanne fluidique s'effectue alors par dépression. Le degré d'ouverture de la position ouverte peut être ajusté en fonction de la déformabilité (i.e. de la pression, ou de la dépression) appliquée au diaphragme de vanne fluidique.
Lors du passage de la position ouverte à la position fermée, le déplacement du diaphragme de vanne fluidique peut être infime. Par exemple, lors du passage de la position ouverte d'ouverture totale à la position fermée, le diaphragme de vanne fluidique peut se déplacer d'une distance inférieure ou égale à 100 μιη.
Le diaphragme de vanne fluidique peut être réalisé en matériau élastomère, notamment choisi parmi : les éthylène-propylène-diène monomères (EPDM), les élastomères fluorés (FKM), les élastomères perfluorés (FFKM), les copolymères butadiène-acrylonitrile (NBR), entre autres.
Ainsi, de façon avantageuse, il peut être possible de s'affranchir de la rigidité d'un film polymère par le choix consistant à utiliser l'élasticité d'un film élastomère.
Par ailleurs, les premier et deuxième supports fluidiques peuvent être fixés ensemble par scellement, notamment scellement thermique (par exemple, thermocompression, assistée ou non par traitement plasma ou solvant), scellement par ultrasons ou scellement par laser, et/ou fixés ensemble par collage, la colle étant notamment appliquée par sérigraphie ou tampographie, ou par l'emploi d'un adhésif double face, ou par bridage mécanique, entre autres. Avantageusement, le diaphragme de vanne fluidique n'intervient pas dans l'opération de fixation, notamment de
scellement, des supports fluidiques entre eux. Celui-ci est au contraire compressé, ou pincé, entre les supports fluidiques lors du scellement.
De façon avantageuse, la fixation entre les premier et deuxième supports fluidiques est réalisée sur toute la périphérie du diaphragme de vanne fluidique, en particulier par contact direct des surfaces proximales des supports fluidiques autour de la périphérie du diaphragme de vanne fluidique, de sorte à favoriser l'étanchéité de la vanne fluidique. Le maintien du diaphragme de vanne fluidique peut donc être symétrique.
En outre, le premier support fluidique peut comporter un premier lamage d'insertion au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique, débouchant sur la surface proximale du premier support fluidique, et/ou le deuxième fluidique peut comporter un deuxième lamage d'insertion au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique, débouchant sur la surface proximale du deuxième support fluidique.
La présence d'un ou plusieurs lamages d'insertion sur la carte fluidique peut permettre de simplifier le placement du diaphragme de vanne fluidique, et ainsi de simplifier la fabrication de la carte fluidique. En particulier, le diaphragme de vanne fluidique peut être placé dans un ou plusieurs lamages d'insertion, notamment deux (un sur chaque support fluidique), avant de solidariser les premier et deuxième supports fluidiques ensemble.
De façon avantageuse, chaque lamage d'insertion a une épaisseur plus faible que l'épaisseur du diaphragme de vanne fluidique qu'il est destiné à recevoir.
Selon une première variante de réalisation préférentielle, l'un des premier et deuxième supports fluidiques peut comporter un lamage d'insertion dans lequel est inséré le diaphragme de vanne fluidique, l'autre des premier et deuxième supports fluidiques étant dépourvu de lamage d'insertion et étant alors plaqué contre le diaphragme de vanne fluidique pour former la vanne fluidique.
Selon une deuxième variante de réalisation, chaque support fluidique comporte un demi-lamage d'insertion dans lesquels est inséré le diaphragme de vanne fluidique, les premier et deuxième supports fluidiques étant alors plaqués l'un contre l'autre.
Par ailleurs, le premier lamage d'insertion et/ou le deuxième lamage d'insertion peut présenter une plus grande dimension, notamment un diamètre, comprise entre 1 et 10 mm, notamment comprise entre 3 et 4 mm.
Le canal fluidique d'actionnement peut quant à lui présenter un diamètre de l'ordre de quelques millimètres.
Le canal fluidique d'entrée et/ou le canal fluidique de sortie peuvent déboucher sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, de façon centrée par rapport au diaphragme de vanne fluidique.
De cette façon, il peut être possible d'obtenir une meilleure étanchéité en optimisant l'appui du diaphragme de vanne fluidique. De plus, la carte fluidique peut avoir un fonctionnement réversible, le canal fluidique d'entrée pouvant aussi servir de canal fluidique de sortie tandis que le canal fluidique de sortie peut servir de canal fluidique d'entrée.
En outre, le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie peuvent déboucher, sur la surface proximale du premier support fluidique, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du premier support fluidique selon sa plus grande dimension.
De plus, le canal fluidique d'actionnement peut déboucher, sur la surface proximale du deuxième support fluidique, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du deuxième support fluidique selon sa plus grande dimension.
De façon avantageuse, avoir des canaux fluidiques d'entrée, de sortie et/ou d'actionnement sensiblement perpendiculaires au diaphragme de vanne fluidique peut permettre de renforcer encore l'étanchéité de la vanne fluidique.
Le premier support fluidique peut également comporter une gorge fluidique, par exemple annulaire, débouchante sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique, et dans laquelle au moins l'un des canaux fluidiques d'entrée et de sortie débouche.
La gorge fluidique peut notamment être formée tout autour de l'un des canaux fluidiques d'entrée et de sortie, celui-ci étant notamment centré par rapport au diaphragme de vanne fluidique.
Par ailleurs, le canal fluidique d'entrée et le canal fluidique de sortie peuvent déboucher sur une ouverture fluidique, elle-même débouchante sur la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique.
Cette ouverture fluidique s'étend préférentiellement selon sa plus grande dimension de façon sensiblement parallèle au diaphragme de vanne fluidique.
Le diaphragme de vanne fluidique peut présenter une épaisseur comprise entre 100 et 500 μιη, notamment entre 300 et 400 μιη.
Plus l'épaisseur du diaphragme de vanne fluidique est faible, plus celui-ci devient souple. L'épaisseur du diaphragme de vanne fluidique peut être adaptée en fonction des paramètres appliqués, tels que par exemple la pression ou le volume de fluide.
Le premier support fluidique et/ou le deuxième support fluidique peuvent par ailleurs être réalisés en un matériau choisi parmi : des copolymères de cyclooléfines (COC), du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), des polymères de cyclooléfines (COP), du polycarbonate (PC), entre autres.
De façon avantageuse, la carte fluidique peut comporter au moins trois supports fluidiques superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres, voir au moins quatre, voire encore au moins cinq, voire encore plus de cinq, au moins un diaphragme de vanne fluidique pouvant notamment être ou non systématiquement positionné entre deux supports fluidiques adjacents pour former au moins une vanne fluidique correspondante.
La carte fluidique peut par exemple comporter entre 2 et 5 supports fluidiques superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres.
La carte fluidique peut être connectée à au moins un instrument, notamment pour la réalisation de diagnostics in vitro, comme par exemple un appareil de mesure, un élément chauffant, un actionneur mécanique ou une pompe. Pour ce faire, la carte
fluidique selon l'invention peut par exemple être utilisée en association avec un dispositif de connexion tel que décrit dans la demande internationale WO 2012/136943 Al.
La carte fluidique peut comporter des fonctions complexes, fluidiques ou non, par exemple une biopuce ou une chambre de réaction.
La carte fluidique peut avoir des dimensions similaires ou semblables aux dimensions d'une carte de crédit. Son épaisseur peut être suffisante pour contenir au moins un canal fluidique d'entrée, un canal fluidique de sortie et un canal fluidique d'actionnement, et éventuellement un réseau fluidique (comportant plusieurs canaux fluidiques).
La longueur et/ou la largeur de la carte fluidique peuvent être comprises entre quelques centimètres et quelques décimètres, par exemple entre 1 cm et 10 cm, voire 20 cm. L'épaisseur de la carte fluidique peut être comprise entre quelques millimètres et quelques centimètres, par exemple entre, d'une part, 1 mm ou 5 mm et, d'autre part, 1 cm ou 2 cm. L'épaisseur de la carte fluidique peut être inférieure au millimètre, par exemple d'environ 500 μιη.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de pilotage d'au moins une vanne fluidique d'une carte fluidique telle que définie précédemment, dans lequel le pilotage de ladite au moins une vanne fluidique est réalisé par variation de la pression d'un fluide, par exemple de l'air, circulant dans le canal fluidique d'actionnement qui vient au contact du diaphragme de vanne fluidique pour en permettre la déformation.
L'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d'au moins une vanne fluidique d'une carte fluidique telle que définie précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes :
- positionner un ou plusieurs diaphragmes de vanne fluidique contre la surface proximale du premier support fluidique en vis-à-vis d'un ou plusieurs canaux fluidiques d'entrée et d'un ou plusieurs canaux fluidiques de sortie du premier support fluidique,
- positionner le deuxième support fluidique contre le premier support fluidique, le ou les canaux fluidiques d'actionnement étant en vis-à-vis du ou des
diaphragmes de vanne fluidique, et le ou les diaphragmes de vanne fluidique étant compressés entre les premier et deuxième supports fluidiques,
- solidariser entre eux les premier et deuxième supports fluidiques, notamment par scellement.
La carte fluidique, le procédé de pilotage et le procédé de fabrication selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente, en coupe, un exemple de carte fluidique conforme à l'invention,
- la figure 2 représente, en coupe, un autre exemple de carte fluidique conforme à l'invention, et
- la figure 3 représente, en perspective, la carte fluidique de la figure 2.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On a représenté sur la figure 1, en coupe, un premier exemple de carte fluidique 10 conforme à l'invention.
Afin de pouvoir constituer une vanne fluidique 7 au sein de la carte fluidique
(ou microfluidique) 10, celle-ci comporte un premier support fluidique 1 et un deuxième support fluidique 2, superposés et accolés l'un à l'autre.
Par ailleurs, une couche externe supérieure 14 et une couche externe inférieure 15 sont positionnées de part et d'autre des premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques, comme également représenté sur les figures 2 et 3 décrites par la suite, afin de fermer les canaux fluidiques sur leurs faces distales. Ces couches externes supérieure 14 et inférieure 15 peuvent être constituées par d'autres supports fluidiques ou bien alors par des films en matériau polymère, présentant notamment une épaisseur allant d'au moins 50 à au moins 150 μιη.
Les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques sont en particulier fixés l'un à l'autre par scellement thermique selon un principe de thermocompression. Toutefois, d'autres types de moyens de fixation sont possibles. Lors de ce scellement thermique, les surfaces proximales respectives la et 2a des premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques sont en contact direct l'une avec l'autre, le diaphragme 6 n'intervenant pas lors du scellement.
Plus précisément, dans cet exemple, le premier support fluidique 1 constitue un étage supérieur SI, dans lequel sont formés un canal fluidique d'entrée 3, permettant l'entrée d'un fluide dans la carte fluidique 10, et un canal fluidique de sortie 4, permettant la sortie du fluide en-dehors de la carte fluidique 10.
Le deuxième support fluidique 2 constitue un étage inférieur S2 dans lequel est formé un canal fluidique d'actionnement 5.
Par ailleurs, le premier support fluidique 1 présente une surface distale lb et une surface proximale la. De même, le deuxième support fluidique 2 présente une surface distale 2b et une surface proximale 2a.
Conformément à l'invention, la carte fluidique 10 comporte ainsi un diaphragme 6 positionné entre les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques, contre la surface proximale la du premier support fluidique 1 et contre la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2. Autrement dit, le diaphragme 6 est pincé entre les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques.
Au niveau du premier support fluidique 1, le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4 débouchent sur la surface proximale la du premier support fluidique 1 en vis-à-vis du diaphragme 6.
Plus particulièrement, le canal fluidique d'entrée 3 débouche sur la surface proximale la du premier support fluidique 1 de façon centrée par rapport au diaphragme 6. Ainsi, on obtient une meilleure étanchéité par l'optimisation de l'appui du diaphragme 6.
De plus, comme on peut le constater sur la figure 1, le canal fluidique d'entrée
3 et le canal fluidique de sortie 4 débouchent, sur la surface proximale la du premier support fluidique 1, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du premier support fluidique 1 selon sa plus grande dimension, autrement dit orthogonalement à la surface proximale la du premier support fluidique 1.
De même, le canal fluidique d'actionnement 5 débouche sur la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2 également en vis-à-vis du diaphragme 6, sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du deuxième support fluidique 2 selon sa plus grande dimension, autrement dit orthogonalement à la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2.
De façon avantageuse, le fait de prévoir des canaux 3, 4, 5 débouchant perpendiculairement au diaphragme 6 permet de renforcer encore l'étanchéité de la vanne fluidique 7.
Le canal fluidique d'actionnement 5 est avantageusement soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique 7, qui peuvent consister en une alimentation pneumatique pour permettre le pilotage de la vanne fluidique 7. Plus précisément, le canal fluidique d'actionnement 5 peut comporter un fluide de pression, en particulier un gaz de pression, permettant la déformation du diaphragme 6 de la carte fluidique 10. Le fonctionnement de la vanne fluidique 7 peut être réalisé par le biais d'une pression ou d'une dépression formé dans le deuxième support fluidique 2.
Par exemple, l'envoi d'un gaz sous pression dans le canal fluidique d'actionnement 5 pour aller au contact du diaphragme 6 permet le pilotage de la vanne fluidique 7, et permet, par variation de l'intensité de la pression exercée par le gaz sur le diaphragme 6, le passage d'une position ouverte, dans laquelle le diaphragme 6 autorise la présence d'un espace d'écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4, à la position fermée du diaphragme 6, dans laquelle il
empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4, et vice versa.
Ainsi, le procédé de pilotage de la vanne fluidique 7 à l'aide des moyens d'actionnement consiste à faire varier la pression du gaz qui circule dans le canal fluidique d'actionnement 5 du deuxième support fluidique 2, ce gaz venant au contact du diaphragme 6 de façon à permettre la déformation du diaphragme 6 et la fermeture ou une variation du degré d'ouverture pour l'écoulement entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 1, le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4 débouchent sur une ouverture fluidique 8, s'étendant parallèlement au diaphragme 6, elle-même débouchante sur la surface proximale la du premier support fluidique 1 en vis-à-vis du diaphragme 6. Cette ouverture fluidique 8 est indispensable en situation normalement ouverte pour permettre l'écoulement du fluide entre le canal fluidique d'entrée 3 et le canal fluidique de sortie 4. La profondeur de la gorge annulaire (possible en normalement ouvert ou normalement fermé) peut varier de 0 à quelques centaines de micromètres, par exemple de 300 μιη au maximum, en fonction des contraintes d'utilisation de la carte fluidique, telles que perte de charge, volume mort, etc. La largeur de cette gorge est au moins égale au diamètre du canal fluidique de sortie 4.
Afin de positionner le diaphragme 6 entre les premier 1 et deuxième 2 supports fluidiques, il est également prévu de former un lamage d'insertion 9 dans le deuxième support fluidique 2 pour le placement du diaphragme 6, comme représenté. Ce lamage d'insertion 9 débouche sur la surface proximale 2a du deuxième support fluidique 2.
La présence d'un tel lamage d'insertion 9 permet de simplifier le placement du diaphragme 6, et ainsi de simplifier la fabrication de la carte fluidique 10. Le lamage d'insertion 9 présente une épaisseur plus faible que l'épaisseur du diaphragme 6. De plus, le lamage d'insertion 9 sert également au pincement et permet aussi de limiter les fuites par écoulement sur les côtés.
Par ailleurs, le lamage d'insertion 9 se présente sous la forme d'un rond, de diamètre compris entre 1 et 10 mm, notamment compris entre 3 et 4 mm.
On a en outre représenté en référence aux figures 2 et 3, respectivement en coupe et en perspective, un deuxième exemple de carte fluidique 10 conforme à l'invention.
Dans cet exemple, les éléments communs au premier exemple et décrits précédemment ne sont pas décrits de nouveau.
La carte fluidique 10 comporte ici trois supports fluidiques superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres, à savoir un premier support fluidique 1, un deuxième support fluidique 2 et un troisième support fluidique 13. Le premier support fluidique 1 est directement solidarisé au deuxième support fluidique 2, lequel est directement solidarisé au troisième support fluidique 13. Les trois supports fluidiques 1, 2 et 13 sont pris entre deux couches externes, à savoir une couche externe supérieure 14 et une couche externe inférieure 15.
Le premier support fluidique 1 constitue un étage supérieur SI dans lequel sont formés un deuxième canal d'entrée 3b et un deuxième canal de sortie 4b.
Le deuxième support fluidique 2 constitue un étage intermédiaire S2 dans lequel sont formés un premier canal d'entrée 3a et un premier canal de sortie 4a, un troisième canal d'entrée 3c et un troisième canal de sortie 4c. De plus, un deuxième canal fluidique d'actionnement 5b y est également formé de façon partielle.
Le troisième support fluidique 13 constitue un étage inférieur S13 dans lequel sont formés un premier canal fluidique d'actionnement 5a, un troisième canal fluidique d'actionnement 5c et le deuxième canal fluidique d'actionnement 5b de façon partielle.
Par ailleurs, des premier 6a, deuxième 6b et troisième 6c diaphragmes sont respectivement situés entre le premier canal d'entrée 3a et le premier canal de sortie 4a et le premier canal fluidique d'actionnement 5a, entre le deuxième canal d'entrée 3b et le deuxième canal de sortie 4b et le deuxième canal fluidique d'actionnement 5b, et entre le troisième canal d'entrée 3c et le troisième canal de sortie 4c et le troisième canal d'actionnement 5c, comme représenté.
De cette façon, on obtient une carte fluidique 10 dans laquelle sont formées trois vannes fluidiques à différents niveaux, à savoir une première vanne fluidique 7a, une deuxième vanne fluidique 7b et une troisième vanne fluidique 7c. Ces vannes fluidiques peuvent être normalement ouvertes (pour la vanne 7a) ou normalement fermées (pour les vannes 7b et 7c), et leur diaphragme en différents matériaux, même sur un même niveau (les diaphragmes 6a et 6b sont dans un même matériau, le diaphragme 6c est illustré dans un matériau différent).
Par ailleurs, pour permettre le placement des diaphragmes 6 au niveau de chacune de ces vannes fluidiques 7a, 7b et 7c, le deuxième support fluidique 2 et le troisième support fluidique 13 comportent des lamages d'insertion 9, comme décrit précédemment en référence à la figure 1 pour le premier exemple de réalisation. Ces lamages d'insertion 9 correspondent plus précisément à des alésages formés dans les supports fluidiques 2 et 13.
En outre, dans cet exemple, le premier support fluidique 1 et le deuxième support fluidique 2 comportent des gorges annulaires fluidiques 11 dans lesquelles les canaux fluidiques de sortie 4a, 4b et 4c débouchent. Plus particulièrement, ces gorges annulaires fluidiques 11 sont formées tout autour des canaux fluidiques d'entrée 3a, 3b et 3c, lesquels sont centrés par rapport au diaphragme 6 qui leur correspond. En variante, dans un autre mode de réalisation de l'invention, de telles gorges fluidiques 11 peuvent ne pas être annulaires.
Par ailleurs, il est à noter que, comme on peut le voir sur la figure 2, les diaphragmes 6 se déforment sous l'effet du pincement entre deux supports fluidiques.
Bien entendu, une carte fluidique 10 selon l'invention peut comporter un nombre n de supports fluidiques constituant n niveaux de la carte fluidique 10. Les canaux fluidiques d'entrée et de sortie peuvent alors être formés dans le support fluidique de niveau n et le canal fluidique d'actionnement peut être formé dans le support fluidique de niveau n-1, ou inversement.
Dans les exemples précédemment décrits, le diaphragme 6 peut présenter une épaisseur E, représentée sur la figure 1, par exemple comprise entre 100 et 400 μιη, notamment entre 300 et 400 μιη.
De plus, le premier support fluidique 1 et/ou le deuxième support fluidique 2 et/ou le troisième support fluidique 13 peuvent être réalisés en un matériau choisi parmi : des copolymères de cyclooléfines (COC), du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), des polymères de cyclooléfines (COP), du polycarbonate (PC), entre autres.
Par ailleurs, de façon avantageuse, le diaphragme 6 est dans tous les exemples réalisé en matériau élastomère, notamment choisi parmi : les éthylène- propylène-diène monomères (EPDM), les élastomères fluorés (FKM), les élastomères perfluorés (FFKM), les copolymères butadiène-acrylonitrile (NBR), entre autres. Il est ainsi possible de s'affranchir de la rigidité d'un film polymère par le choix consistant à utiliser l'élasticité d'un film élastomère.
En outre, les vannes fluidiques 7, 7a, 7b et 7c peuvent être configurées selon un mode de fonctionnement en normalement ouverte ou normalement fermée. En mode normalement ouverte, il faut appliquer une pression pour atteindre la position fermée, tandis que, en mode normalement fermée, il faut appliquer une dépression pour déformer le diaphragme 6 et atteindre une position ouverte. De plus, en fonctionnement, selon la pression des fluides circulant dans les canaux fluidiques d'entrée et de sortie, il peut être nécessaire d'appliquer une surpression pour réatteindre la position fermée.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
En particulier, dans les deux exemples de réalisation de carte fluidique 10 décrits précédemment, le canal fluidique d'actionnement pneumatique 5 est formé dans un deuxième support fluidique 2 inférieur tandis que les canaux fluidiques d'entrée 3 et de sortie 4 sont formés dans un premier support fluidique 1 supérieur. Ce choix n'est aucunement limitatif, la configuration pouvant être notamment inversée de sorte que le canal fluidique d'actionnement pneumatique 5 soit formé dans un support fluidique 1 supérieur et que les canaux fluidiques d'entrée 3 et de sortie 4 soient formés dans un support fluidique 2 inférieur.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.
Claims
1. Carte fluidique (10), caractérisé en ce qu'elle comporte :
- un premier support fluidique (1) dans lequel sont formés au moins partiellement un canal fluidique d'entrée (3) et un canal fluidique de sortie (4), et
- un deuxième support fluidique (2) dans lequel est formé au moins partiellement un canal fluidique d'actionnement (5),
les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques étant directement solidarisés l'un contre l'autre, la carte fluidique (10) comportant un diaphragme de vanne fluidique (6) positionné entre les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques, contre une surface proximale (la) du premier support fluidique (1) et contre une surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2),
le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4) débouchant sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), et le canal fluidique d'actionnement (5) débouchant sur la surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2) également en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), pour permettre la formation d'une vanne fluidique (7),
le canal fluidique d'actionnement (5) étant soumis à des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique (7),
le diaphragme de vanne fluidique (6) étant apte, sous l'action des moyens d'actionnement pneumatique de la vanne fluidique (7), à être déformé entre une position fermée dans laquelle il empêche un écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4), et une position ouverte dans laquelle il autorise la présence d'un espace d'écoulement de fluide entre le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4).
2. Carte fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diaphragme de vanne fluidique (6) est réalisé en matériau élastomère, notamment choisi parmi : les éthylène-propylène-diène monomères (EPDM), les élastomères fluorés (FKM), les élastomères perfluorés (FFKM), les copolymères butadiène-acrylonitrile (NBR).
3. Carte fluidique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques sont fixés ensemble par scellement, notamment scellement thermique, notamment par thermocompression assistée ou non par traitement plasma ou solvant, scellement par ultrasons ou scellement par laser, et/ou fixés ensemble par collage, la colle étant notamment appliquée par sérigraphie ou tampographie, ou par l'emploi d'un adhésif double face, ou par bridage mécanique.
4. Carte fluidique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier support fluidique (1) comporte un premier lamage d'insertion au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique (6), débouchant sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1), et/ou en ce que le deuxième support fluidique (2) comporte un deuxième lamage d'insertion (9) au moins partielle du diaphragme de vanne fluidique (6), débouchant sur la surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2).
5. Carte fluidique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier lamage d'insertion et/ou le deuxième lamage d'insertion (9) présente une plus grande dimension, notamment un diamètre, comprise entre 1 et 10 mm, notamment comprise entre 3 et 4 mm.
6. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'entrée (3) et/ou le canal fluidique de sortie (4) débouchent sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), de façon centrée par rapport au diaphragme de vanne fluidique (6).
7. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4) débouchent, sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1),
sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du premier support fluidique (1) selon sa plus grande dimension.
8. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'actionnement (5) débouche, sur la surface proximale (2a) du deuxième support fluidique (2), sensiblement orthogonalement à la direction d'étendue du deuxième support fluidique (2) selon sa plus grande dimension.
9. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier support fluidique (1) comporte une gorge fluidique (11) débouchante sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6), et dans laquelle au moins l'un des canaux fluidiques d'entrée (3) et de sortie (4) débouche.
10. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le canal fluidique d'entrée (3) et le canal fluidique de sortie (4) débouchent sur une ouverture fluidique (8), elle-même débouchante sur la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis du diaphragme de vanne fluidique (6).
11. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diaphragme de vanne fluidique (6) présente une épaisseur (E) comprise entre 100 et 500 μιη, notamment entre 300 et 400 μιη.
12. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier support fluidique (1) et/ou le deuxième support fluidique (2) sont réalisés en un matériau choisi parmi : des copolymères de cyclooléfines (COC), du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), des polymères de cyclooléfines (COP), du polycarbonate (PC).
13. Carte fluidique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins trois supports fluidiques (1, 2, 13) superposés et deux à deux directement solidarisés les uns aux autres, au moins un diaphragme de vanne fluidique (6a, 6b, 6c) étant notamment systématiquement positionné entre deux supports fluidiques adjacents (1,2 ; 2, 13) pour former au moins une vanne fluidique (7a, 7b, 7c) correspondante.
14. Procédé de pilotage d'au moins une vanne fluidique (7) d'une carte fluidique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pilotage de ladite au moins une vanne fluidique (7) est réalisé par variation de la pression d'un fluide circulant dans le canal fluidique d'actionnement (5) qui vient au contact du diaphragme de vanne fluidique (6) pour en permettre la déformation.
15. Procédé de fabrication d'au moins une vanne fluidique (7) d'une carte fluidique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes :
- positionner un ou plusieurs diaphragmes de vanne fluidique (6) contre la surface proximale (la) du premier support fluidique (1) en vis-à-vis d'un ou plusieurs canaux fluidiques d'entrée (3) et d'un ou plusieurs canaux fluidiques de sortie (4) du premier support fluidique (1),
- positionner le deuxième support fluidique (2) contre le premier support fluidique (1), le ou les canaux fluidiques d'actionnement (5) étant en vis-à-vis du ou des diaphragmes de vanne fluidique (6), et le ou les diaphragmes de vanne fluidique (6) étant compressés entre les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques,
- solidariser entre eux les premier (1) et deuxième (2) supports fluidiques, notamment par scellement.
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