WO2022263758A1 - Dispositif fluidique de filtration d'un fluide et procédé associé - Google Patents

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WO2022263758A1
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Cécile PERRAULT
Wei Zhao
Jean-Baptiste BLONDE
Oscar VALETTE
Jules CALVY
Pauli GUNTER
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Eden Tech
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Definitions

  • the present invention relates to a fluidic device for filtering a fluid and an associated filtration method, for example used to filter water, solid pollutants such as plastic microparticles.
  • Plastic microparticles are particles whose diameter is less than 5 mm. They can be divided into primary microplastics and secondary microplastics.
  • Primary microplastics are manufactured to be microscopic in size, which refers to plastic particles directly added to products, including particles intended for the manufacture of plastic products, cosmetics, and microbeads contained in household products.
  • Secondary microplastics result from the fragmentation of large plastic waste through physical and/or chemical degradation.
  • microplastics have become a global environmental concern and a growing problem due to the exponential increase in the production of plastics. This has grown steadily on a global scale since the development of the first synthetic polymers in the middle of the 20th century.
  • the main consequence of the high production of plastics is the generation of large quantities of this waste which ends up in the environment, mainly in the marine environment. It is estimated that every year, between 4.8 and 12.7 million tons of plastic waste are introduced into the oceans, becoming a major environmental problem. Based on seawater samples taken, it is estimated that microplastics can represent up to 94% of plastic waste.
  • Microplastics have been found in virtually all ecosystems, continental and ocean waters, sediments, air and soils. Microplastics are also present in organisms, mainly in aquatic organisms. Water pollution by microplastics is a significant concern due to the potential damage that can exert on both humans and wildlife.
  • a fluidic filtration device suitable for filtering a fluid of at least one particle comprising at least one fluidic network of microfluidic channels, said at least one network comprising:
  • each particle positioning channel comprising an inlet of fluid to be filtered and an outlet of fluid to be filtered, the inlet of the first positioning channel among the plurality of positioning channels forming the inlet main fluid to be filtered;
  • each particle concentration channel extending along a direction of flow of the fluid to be filtered, each concentration channel comprising an inlet for the fluid to be filtered, at least one outlet for the filtered fluid and a particle concentrate output, the particle concentrate output of the last particle concentration channel among the plurality of particle concentration channels forming the main particle contract output and the particle concentrate output of the other concentration channels of particles being in fluid communication with the inlet of fluid to be filtered of the positioning channel, the fluid outlet of each particle positioning channel being in fluid communication with the inlet of fluid to be filtered of the particle concentration channel;
  • each filtered fluid collection channel extending from a particle concentration channel and being in fluid communication with the filtered fluid outlet of said particle concentration channel;
  • each positioning channel comprising a plurality of surface modifiers present on the internal wall of the positioning channel, said modifiers being arranged and configured to direct the particles towards a position of the entrance of the concentration channel so as to generate a flow of particles in the concentration channel as far as possible from the filtered fluid outlet (14S.1) of the concentration channel;
  • each particle concentration channel comprising a plurality of surface modifiers present on the inner wall of the particle concentration channel, the plurality of modifiers comprising a first group of modifiers arranged and configured to move the particles circulating in the concentration channel away from the outlet and to direct them in the direction of the particle concentrate outlet and a second group of surface modifiers arranged and configured to prevent the passage of particles into the filtered fluid collection channel by forming a passage barrier at the level of the outlet of filtered fluid so that the particle concentration increases as the fluid flows through the particle concentration channels;
  • hydrodynamic resistance balancing structure configured so that the hydrodynamic resistance of each of the filtered fluid collection channels R is a function solely of the hydrodynamic resistance Ri and of the ratio a between the volume of filtered fluid and the volume of concentrate of particles at the outlet of each of the particle concentration channels, said balancing structure extending in the form of a channel from the main particle concentrate outlet of the particle concentration channel.
  • the balancing structure further comprises a plurality of segments of balancing ducts of different dimensions so as to distribute the hydrodynamic resistance Ri over said particle concentration channel and all of the duct segments.
  • the balancing conduits are formed by one or more particle concentrate collection conduits.
  • At least one filtered fluid collection channel among the plurality of filtered fluid collection channels is extended by a plurality of segments of hydrodynamic resistance distribution ducts of different dimensions so as to distribute its hydrodynamic resistance on the one hand on said at least one filtered fluid collection channel and on the other hand on said plurality of conduit segments.
  • said ducts are formed by one or more filtered fluid collection ducts from the network.
  • the hydrodynamic resistance Ri of the balancing structure is greater than the largest hydrodynamic resistance R CG among the R CG of the network by a factor of between 5 and 5,000,000, preferably between 500 and 100,000, the resistance R CG being the sum of the hydrodynamic resistances of the positioning channel and of the adjacent particle concentration channel, the channel of positioning being the channel preceding the concentration channel with respect to the direction of fluid flow.
  • the filtered fluid collection channel has a width of between 0.1 ⁇ m and 1000 ⁇ m, a height of between 0.1 ⁇ m and 1000 ⁇ m and a length of between 10 ⁇ m and 100 mm.
  • said at least one network comprises:
  • said at least one network comprises:
  • each of the particle concentration channels comprising an inlet, a particle concentrate outlet and a filtered fluid
  • each filtered fluid collection channel extending in the extension of a particle concentration channel and being in fluid communication with said particle concentration channel;
  • each positioning channel putting the particle concentrate outlet of a particle concentration channel in fluid communication with the particle concentrate inlet of the following particle concentration channel.
  • Surface modifiers include studs, chevrons and/or notches.
  • Said pads extend from a surface of the inner wall in the direction of the opposite wall and/or up to the surface of the opposite wall.
  • the device comprises a plurality of networks organized according to radial symmetry around a conduit for distributing fluid to be filtered to form a microfluidic unit.
  • the device comprises a stack of layers, each layer comprising a plurality of microfluidic units, one end of the stack comprising a fluid distribution network and the other end of the stack comprising a filtered fluid collection network and a particle concentrate collection network, said conduit for distributing fluid to be filtered from each fluidic unit passing through the plurality of layers to supply the main inlet of fluid to be filtered from all of the networks forming the microfluidic unit.
  • said at least one network is sized so that at least 10% by mass of the particles having a volume of between 4.10 25 and 7.10 9 m 3 present in the fluid to be filtered are collected at the main outlet. of the particle concentrate (7.2) of the network.
  • a filtration assembly suitable for filtering a fluid of at least one particle, comprising a plurality of fluidic devices as defined above, said networks being fluidically connected in series and/or in parallel.
  • the assembly comprises twenty fluidic devices, each of the devices forming a stack of one thousand layers having a diameter of 30 cm, each of the layers comprising sixty fluidic units, each of the units comprising sixteen networks organized according to a radial symmetry around a conduit for distributing fluid to be filtered capable of circulating with a flow rate of 100 m 3 /s for a pressure of 10 bars.
  • a filtration system comprising:
  • a leak or obstruction location system configured to generate an alarm signal in the event of a leak
  • a suitable for filtering a fluid of at least one particle comprising:
  • a pressure difference is provided between the main inlet and the outlets of the device so as to cause said flow rate in said filtration device, the pressure difference being less than 10 bar.
  • the method further comprises, after the filtration step, a washing step in which a washing fluid is passed through the channels forming the microfluidic network, by closing the main fluid inlet at filter, and by reversing the direction of the fluid flow circulating in said at least one filtration network by transforming the filtered fluid outlets into filtered fluid inlets.
  • Figure 1 schematically illustrates a filtration device according to one embodiment comprising a fluid distribution network to be filtered, a fluid filtration network, a particle collection network and a filtered fluid collection network.
  • FIG. 2 schematically illustrates a fluidic filtration network according to one embodiment.
  • FIG. 3 schematically illustrates another representation of the fluidic network of FIG. 2 with the hydrodynamic resistances associated with each of the filtered fluid collection channels and the hydrodynamic resistance associated with the last particle concentrate collection channel at the outlet of the network.
  • FIG. 4 schematically illustrates a microfluidic unit according to one embodiment comprising twelve fluidic networks of Figure 2 arranged radially around a conduit for distributing fluid to be filtered (a) and an enlarged top view of the area center of the microfluidic unit (b).
  • FIG. 5 schematically illustrates a filtration device according to another embodiment, comprising a stack of layers each comprising a plurality of fluidic units, a fluid distribution network to be filtered positioned at one end of the stack, a filtered fluid collection network and a particle concentrate collection network being positioned at the opposite end of the stack.
  • Figure 6 schematically illustrates an enlarged view of the particle concentrate outlet zone of the fluidic filtration network of Figure 2 (a), a fluidic unit (b) and a stack of fluidic units fluidically connected to a network particle concentrate collector and a conduit external to the stack.
  • Figure 7A shows a perspective and partially exploded view of a filtration device in which the stack of Figure 5 is arranged in a housing according to one embodiment.
  • Figure 7B shows a side view of Figure 7A.
  • FIG. 8 Figure 8 schematically illustrates a filtration network according to another embodiment
  • FIG. 9A shows a sectional view of a portion of the filtration network of Figure 2, highlighting the interface (11) between the outlet of fluid to be filtered from the positioning channel and the inlet of fluid to be filtered. filter from the particle concentration channel, the interface (12) between the filtered fluid outlet of the concentration channel and the filtered fluid inlet of the filtered fluid collection channel, the interface (13) between the filtered fluid outlet to be filtered from the concentration channel and the fluid inlet to be filtered from the positioning channel, with the presence of notches in the positioning channel, the presence of studs and notches in the particle concentration channel according to a mode of production.
  • Fig. 9B shows a sectional view of a portion of the filtration network of Figure 2, highlighting the interface (11) between the outlet of fluid to be filtered from the positioning channel and the inlet of fluid to be filtered. filter from the particle concentration channel, the interface (12) between the filtered fluid outlet of the concentration channel and the filtered fluid inlet of the filtered fluid collection channel, the interface (13) between the filtered fluid outlet
  • Figure 9B shows a view of Figure 9A, illustrating the flow of particles influenced by the presence of notches and studs in the concentration channel and the presence of notches in the positioning channel according to one embodiment.
  • Fig. 10 shows a view of Figure 9A, illustrating the flow of particles influenced by the presence of notches and studs in the concentration channel and the presence of notches in the positioning channel according to one embodiment.
  • FIG. 10 schematically represents the various embodiments of surface modifiers produced on the internal wall of the positioning channel and/or on the internal wall of the particle concentration channel.
  • FIG. 11 [0039] [Fig. 11] Figure 11 schematically illustrates the general architecture of a filtration system.
  • FIG. 12 Figure 12 schematically illustrates a network of fluidic filtration devices.
  • Fig. 13 Figure 12 schematically illustrates a network of fluidic filtration devices.
  • FIG. 13 Figure 13 schematically illustrates a process for the fluidic filtration of particles.
  • FIG. 14A shows a view of FIG. 9A during the implementation of the step of washing by reversing the flow of filtered fluid by closing the main inlet of fluid to be filtered and by transforming the outlets of filtered fluid from the filtered fluid collection channels into filtered fluid inlets.
  • Figure 14B shows a view of the device of Figure 7B during the implementation of the washing step by reversing the flow of filtered fluid.
  • the term “particle” designates any rigid or soft solid element which may be a plastic, metallic, mineral or biological particle such as bacteria, human, animal, plant cells, plankton or viruses. . It can be in the form of a substantially spherical element, a fiber or a sheet. The element has a volume of less than 5 mm 3 .
  • filtering in particular the term “filtering a fluid of at least one particle”, denotes the treatment making it possible to remove all or part of the particles present in the fluid to be filtered. In other words, the water without particles is removed from the fluid to be filtered from the concentration channels so as to obtain, at the end of the filtration, a concentrate of particles.
  • length of a channel designates the size of a channel in the main direction of flow of the fluid.
  • width of a channel denotes the maximum size of a channel in a direction transverse to the main direction of flow of the fluid.
  • the term "height of a channel” denotes the minimum size of a channel in a direction transverse to the main direction of flow of the fluid.
  • particle concentrate designates a volume of liquid containing the particles where the volume of the fluid has been divided by at least 1000 with respect to the initial volume of the fluid.
  • filtered fluid denotes a volume of liquid whose particle concentration is lower than the concentration of the concentrate.
  • a filtered fluid may be entirely free of particles.
  • two-dimensional network designates a network whose set of elements can be distributed in a plane, but in a line. More particularly, the term “two-dimensional network of channels” designates a network of channels in which each channel is distributed in the same plane, whatever the orientation of each channel.
  • the microfluidic channels of the network of the present disclosure form at least a two-dimensional network of channels.
  • three-dimensional network designates a network whose set of elements can be distributed in space, but not in a plane. More specifically, the term “three-dimensional network of channels” designates a network of channels in which each channel is distributed in space but not in a plane, whatever the orientation of each channel.
  • hydrodynamic resistance denotes the ratio between the upstream-downstream pressure difference in a channel or more generally a network of channels or a pipe, and between the volume flow rate of the fluid passing through the channel or more generally the network channels or driving.
  • the Peclet number Pe makes it possible to characterize the ratio between the transport of a particle by convection and by diffusion, in a microfluidic channel. It is defined by the following relationship (1):
  • L c is the characteristic length of the microfluidic channel
  • v the advection velocity of the particle 10. It is considered during the implementation of the filtration device of the present disclosure that the characteristic length is equal to the length of a microfluidic channel in the main direction of fluid flow.
  • the fluidic device 1 may comprise four fluidic networks 22, 7, 25, 26 fluidically connected together.
  • the inlet 23 of the device 1 is connected to a fluidic fluid distribution network 22.
  • the fluidic distribution network 22 is adapted to distribute the fluid to be filtered to the fluidic filtration network 7 whose main inlet of fluid to be filtered 7.1 is fluidically connected to the distribution network 22.
  • the fluidic filtration network 7 can be a two-dimensional network of microfluidic channels, as represented in FIG. 2, FIG. 8 or a three-dimensional network of microfluidic channels, as represented in FIG.
  • fluidic between the filtered fluid distribution network 22 and the filtration network 7 can be implemented, for example by a plurality of conduits connected to a plurality of inlets of the fluidic filtration network.
  • the filtered fluid outlet 7.3 from the fluidic filtration network 7 is connected upstream to the fluidic network for collecting filtered fluid 26.
  • the outlet for particle concentrate 7.2 from the fluidic filtration network 7 is connected to the fluidic network for collecting particle concentrate 25
  • the fluid connection between the fluid filtration network 7 and the filtered fluid collection network can be implemented, for example, by a plurality of filtered fluid outlets of the filtration network connected to a plurality of network inlets filtered fluid collection.
  • the fluid connection between the fluid filtration network 7 and the particle concentrate collection network 25 can be implemented by a plurality of particle concentrate outlets connected to a plurality of inlets of the particle collection network.
  • the filtered fluid collection network 26 is connected upstream to the filtered fluid outlet 28.
  • the particle collection network 25 is connected upstream to the particle outlet 27.
  • FIG. 2 schematically illustrates a top view of a set of channels microfluidics.
  • the network comprises a main fluid inlet 7.1 to be filtered, a main particle concentrate outlet 7.2 and a plurality of filtered fluid outlets 7.3.
  • the network of microfluidic channels 7 comprises three categories of channels according to their function in the implementation of the filtration of the fluid.
  • the network includes a plurality of particle placement channels 4, a plurality of particle concentration channels 5, and a plurality of filtered fluid collection channels 6.
  • the particle concentration channels 5 and the filtered fluid collection channels 6 extend along a main direction of fluid flow. More precisely, the particle concentration channels 5 extend along the main direction of fluid flow and are arranged parallel to each other. Each filtered fluid collection channel 6 extends in the extension of a particle concentration channel and is in fluid communication with the particle concentration channel. The length of each filtered fluid collection channel gradually decreasing in the direction of the main fluid inlet 7.1 towards the main particle concentrate outlet 7.2.
  • the example of the network shown in Figure 2 here includes nine positioning channels 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, nine particle concentration channels 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 and eight filtered fluid collection channels 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8.
  • the number of channels forming the microfluidic network is not limiting.
  • the particle concentration channels are successively interconnected fluidically via a positioning channel.
  • Each positioning channel comprises a fluid inlet 13E to be filtered and a fluid outlet 13S to be filtered.
  • the 13E input and the 13S output are shown only on the first positioning channel 4.1.
  • the term “first” designates the rank of the channel with respect to the main fluid inlet to be filtered from the network.
  • the inlet 13E of this first positioning channel is connected downstream to the outlet of fluid to be filtered from a duct for distributing fluid to be filtered 2.
  • the inlet 13E of this first positioning channel thus also forms the main inlet of fluid to be filtered 7.1 from the network.
  • Each concentration channel includes a fluid inlet 14E to be filtered and two outlets, a first filtered fluid outlet 14S.1 and a second particle concentrate outlet 14S.2.
  • Each filtered fluid collection channel also includes a filtered fluid inlet 9E and a filtered fluid outlet 9S.
  • Each particle concentration channel is connected downstream with respect to the direction of fluid flow to the outlet of the fluid to be filtered from the positioning channel.
  • the fluid inlet 14E of the particle concentration channel 5.1 is in fluid communication with the fluid outlet 13S positioning channel 4.1.
  • the first filtered fluid outlet 14S.1 of the particle concentration channel 5.1 is in fluid communication with the filtered fluid inlet 9E of the filtered fluid collection channel 6.1.
  • the second particle concentrate outlet 14S.2 of the particle concentration channel 5.1 is connected upstream to the fluid inlet to be filtered of the positioning channel referenced 4.2.
  • the particles 10 are represented by white dots and flow from the main inlet 7.1 of the network to the main particle concentrate outlet 7.2.
  • the fluid to be filtered is filtered by flowing successively through the particle concentration channels which retain the particles. Therefore, the particle concentration increases as the fluid flows through the particle concentration channels.
  • the outlet of the last particle concentration channel 5.9 forms the main particle concentrate outlet 7.2 which is connected upstream to the inlet of a particle collecting pipe 3.
  • the fluid filtered in output of each filtered fluid collection channel 6 is collected by a filtered fluid collection channel 8.
  • Figure 2 shows an enlarged view of a portion of the filtration network of Figure 2. More specifically, the enlarged view only shows the first two positioning channels 4.1, 4.2, the first two particle concentration channels 5.1, 5.2 and the first filtered fluid collection channel 6.1.
  • the first positioning channel 4.1 comprises a fluid inlet 13E to be filtered and a fluid outlet 13S to be filtered.
  • the first concentration channel 5.1 includes a fluid inlet to be filtered, a filtered fluid outlet 14S.1 and a particle concentrate outlet 14S.2.
  • the filtered fluid collection channel 6.1 includes a filtered fluid inlet 9E.
  • Output 13S is connected to input 14E, forming an interface 11, materialized by a dotted line, between the first positioning channel 4.1 and the first particle concentration channel 5.1.
  • Output 14S.1 is connected to input 9E forming an interface 12 between the first concentration channel and the first filtered fluid collection channel.
  • the 14S.2 output is connected to the input of the second positioning channel forming an interface 13 the interface between the first concentration channel and the second positioning channel.
  • the concentration channel includes a plurality of surface modifiers present on the wall internal of the channel of concentration.
  • the plurality of modifiers includes a first group of modifiers arranged and configured to direct particles flowing in the concentration channel away from the outlet 14S.1 and towards the particle concentrate outlet 14S.2 and a second group of modifiers surface arranged and configured to prevent the passage of particles in the filtered fluid collection channel by forming a passage barrier at the interface 12, as shown in an enlarged view of Figure 2.
  • the positioning channel also comprises a plurality of surface modifiers present on the internal wall of the positioning channel. These modifiers are arranged and configured to direct and/or orient the particles towards a position of the concentration channel inlet furthest possible from the filtered fluid outlet, so as to force the particles to move into an area bottom of the concentration channel.
  • the control of the distribution of the volume of filtered fluid and of the path of the particles can be achieved by balancing the hydrodynamic resistances carried by the structure of the network, and in particular carried by each of the channels forming the network.
  • the hydrodynamic resistance R e N of all the channels forming the network can be defined by the following relationship (2) :
  • RCG is the sum of the hydrodynamic resistances of the positioning channel (Rc) and of the particle concentration channel (RG), the positioning channel being the channel preceding the concentration channel with respect to the direction of the flow of the fluid.
  • RCG is the sum of the resistances of the positioning channel 4.1 and of the concentration channel 5.1.
  • RCG changes depending on the geometry and characteristics of the positioning channels and the concentration as well as the Reynolds number in the channels.
  • the parameter a is the ratio between the volume of the particle concentrate Q at the outlet of the particle concentration channel and the volume of the filtered fluid at the outlet of the particle concentration channel Qout.
  • i is the resistance carried by the last particle concentration channel carrying the main particle concentrate output. In FIG. 2, the last particle concentration channel which carries the resistance Ri is referenced 5.9.
  • the inventors of the present invention have determined from the relationship (2) that when Ri is greater than the largest resistance R CG among the R CGs of the network by a certain factor, the distribution a does not change. regardless of the resistance R CG , in particular when Ri is greater than R CG by a factor of between 5 and 5,000,000, preferably between 500 and 100,000. In the case where the network comprises different R CGs , they have determined that Ri must be greater than the largest resistance R CG . In this way, the resistance R CG is made negligible compared to the resistance Ri in relation (2).
  • the filtration network of the present disclosure comprises a balancing structure 11 which extends from the particle concentration channel which carries the resistance Ri.
  • this balancing structure extends in the form of a channel from the main concentrate outlet of the particle concentration channel referenced 5.9.
  • the balancing structure 11 is connected downstream to the particle concentrate outlet of the particle concentration channel 5.9 and upstream to the particle concentrate collection pipe 3.
  • the resistance Ri is thus distributed on the one hand over the channel concentration of particles 5.9 and on the channel forming the balancing structure 11.
  • the outlet of the balancing structure 11 forms the main outlet of the particle concentrate 7.2. It is possible to adjust the dimension of this balancing structure in order to be able to define a resistance Ri sufficiently large to make the resistance RCG negligible.
  • R is the hydrodynamic resistance of the filtered fluid collection channel, i being an integer between 2 and N. It follows from relation (2) that it is also possible to determine the resistance of each of the filtered fluid collection channels by defining a resistance Ri greater than RCG so that the resistance R, is a function only from the a and Ri distribution . Thus, from these resistances R i , it is therefore possible to establish a balancing of hydrodynamic resistance so as to obtain a stable filtration microfluidic network.
  • a radial architecture can be used to arrange a plurality of microfluidic networks around a pipe 2 for distributing fluid to be filtered.
  • FIG. 4 it is thus possible to arrange sixteen microfluidic networks 7 of FIG. 2 around the primary channel 12.
  • This architecture thus forms a microfluidic unit 30.
  • the conduit 2 is fluidically connected to all of the inlets of the networks, thus making it possible to distribute the fluid to be filtered to all of the sixteen networks as shown by the enlarged view of the central zone of the microfluidic unit.
  • the filtered fluid collection outlets 9 of the sixteen networks can be fluidically connected together to at least one filtered fluid collection conduit 8.
  • the particle concentrate outlets of the networks can be fluidically connected together to at least one concentrate collection conduit of particles 3.
  • This radial architecture makes it possible to maximize the surface density occupied by the filtration networks on a layer.
  • each layer 31 comprises for example six microfluidic units. You can also stack the layers on top of each other.
  • FIG. 5 illustrates a stack 16 of twenty-two layers, each comprising six microfluidic units.
  • the distribution ducts 2 of fluid to be filtered pass successively through the layers to distribute the fluid to be filtered to the various networks.
  • the particle concentrate 3 and filtered fluid 8 collection conduits successively pass through the layers to respectively collect the particle concentrate from each layer and the filtered fluid from each layer.
  • the stack of layers 16 may comprise a network of fluid distribution channels to be filtered 22, a particle concentrate collection network 25 and a filtered fluid collection network 26. These networks may take the form layers of channels positioned at the ends of the stack. Thus, the first layer of the stack forms a network of fluid distribution channels and the last two layers of the stack respectively form a network for collecting filtered fluid and a network for collecting particles.
  • the network of distribution channels for the fluid to be filtered makes it possible to connect an inlet conduit for the fluid to be filtered 23 to the distribution conduits 2 passing through the stack.
  • the network of particle concentrate collection channels 25 makes it possible to connect a particle concentrate collection conduit 27 to the collection of concentrate 3 passing successively through the stack.
  • the network of filtered fluid collection channels 26 makes it possible to connect a filtered fluid collection conduit 28 to the filtered fluid collection channels 8 passing successively through the stack.
  • the balancing structure 11 of the hydrodynamic resistances has the function of balancing, or distributing in an optimal manner the hydrodynamic resistances of all the microfluidic channels of the network 7. It is arranged in the extension of the last particle concentration channel with respect to the direction of fluid flow. This last particle concentration channel thus also forms a particle concentrate collection channel, the outlet of which also forms the main outlet of the particle concentrate of the network 7.2. As illustrated by the network example of FIG. 2 and the image (a) of FIG. 6 which represents an enlarged view of this exit zone of the particle concentrate of FIG. 2, the balancing structure 11 s extends from the last particle concentration channel referenced 5.9. In Figure 6, part of this balancing structure is shown as a channel. The hydrodynamic resistance Ri is thus distributed on the one hand over the channel 5.9 and on the other hand over the balancing structure 11.
  • the balancing structure comprises a plurality of segments of balancing conduits of different dimensions so as to be able to distribute the hydrodynamic resistance Ri over all of the segments of conduits.
  • part of the balancing ducts are advantageously formed by a particle concentrate collection duct 3 connected downstream to the outlet network's main particle concentrate 7.2.
  • the hydrodynamic resistance Ri is distributed over the particle concentrate collection channel 5.9 and the particle concentrate collection conduit 3.
  • part of the ducts of the balancing structure is also formed by the ducts of the particle concentrate collection network 25 which located at the end of the stack 16.
  • the hydrodynamic resistance Ri is distributed over the particle concentrate collection channel 5.9, the particle concentrate collection conduit 3 and the particle concentrate collection network 25.
  • part of the ducts of the balancing structure is formed by a duct 29 arranged outside the network.
  • the hydrodynamic resistance Ri is in this case distributed over the particle concentrate collection channel 5.9, the particle concentrate collection pipe 3, the particle concentrate collection network 25 and the pipe 29.
  • these duct segments may be present and form part of the network 7.
  • some of these ducts are in particular formed by the filtered fluid collection duct passing through the stack and/or by the collection duct(s) of filtered fluid from the network 26 located at the end of the stack 16.
  • these segments can be formed by pipes arranged outside the network 7, as in the example illustrated in the image (c ) in Figure 6.
  • the shape of the section of a positioning channel, a particle concentration channel and a filtered fluid collection channel can be circular, rectangular or any other geometric shape.
  • the length of a filtered fluid collection channel can be between 0.01 mm and 100 mm, preferentially between 0.1 mm and 50 mm and preferentially between 1 mm and 20 mm.
  • the width of a filtered fluid collection channel can be between 0.1 ⁇ m and 2000 ⁇ m, preferentially between 5 ⁇ m and 1000 ⁇ m and preferentially between 100 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the height of the filtered fluid collection channel can be between 0.1 ⁇ m and 2000 ⁇ m, preferentially between 5 ⁇ m and 1000 ⁇ m and preferentially between 100 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • a microfluidic channel can have several heights.
  • the length of a particle concentration channel can be between 10 and 10,000 ⁇ m, preferably between 50 ⁇ m and 1,000 ⁇ m and preferably between 200 and 500 ⁇ m.
  • the width of the particle concentration channel can be between 50 and 10,000 ⁇ m, preferentially between 100 ⁇ m and 5,000 ⁇ m and preferentially between 500 ⁇ m and 1,200 ⁇ m.
  • the height of the particle concentration channel can be between 50 and 10,000 ⁇ m, preferentially between 100 ⁇ m and 5,000 ⁇ m and preferentially between 400 ⁇ m and 800 ⁇ m.
  • the length of a positioning channel can be between 10 and 10,000 ⁇ m, preferably between 50 ⁇ m and 1,000 ⁇ m and preferably between 200 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the width of the positioning channel can be between 50 ⁇ m and 10,000 ⁇ m, preferentially between 100 ⁇ m and 5,000 ⁇ m and preferentially between 500 ⁇ m and 1,200 ⁇ m. pm.
  • the height of the positioning channel can be between 50 and 10,000 ⁇ m, preferentially between 100 ⁇ m and 5,000 ⁇ m and preferentially between 400 ⁇ m and 800 ⁇ m.
  • microfluidic channels can be made of PDMS, PFPE, or any other known material suitable for the microfabrication of microfluidic channels.
  • Microfabrication techniques can be printing by UV lithography or 3D printing technologies to produce the patterns.
  • the filtration network in the form of a stack 16 of Figure 5 can be positioned inside a box.
  • the housing comprises a receptacle 32 in which the stack 16 is positioned and a cap 35 which is intended to close the receptacle 32.
  • the cap comprises a connector 33 for distributing fluid to be filtered connected to the pipe from the fluid inlet to filter 23 from the stack.
  • the receptacle 32 comprises a filtered fluid outlet connector 34 connected to the filtered fluid collection conduit 28 of the stack 16.
  • the receptacle 32 comprises a concentrate outlet connector 35 connected to the outlet of the filtered fluid collection conduit 27 stacking.
  • the network of microfluidic channels 100 also comprises three categories of channels according to their function in the implementation of the filtration of the fluid
  • the network 100 comprises a plurality of positioning channels 104.1, 104.2, 104.3, 104.4, 104.5, 104.6, 104.7, 104.8 , 104.9, a plurality of particle concentration channels
  • the network includes a main fluid inlet 100.1, a main particle concentrate outlet 100.2, and a plurality of filtered fluid outlets 100.3, 100.4.
  • the example network shown in Figure 8 here includes nine positioning channels, ten particle concentration channels, and twenty filtered fluid collection channels. The number of channels forming the microfluidic network is not limiting.
  • the concentration channels 105 extend along a main direction of fluid flow and arranged one after the other.
  • Each of the filtered fluid collection channels 106 extends from a particle concentration channel and is in fluid communication with the particle concentration channel.
  • Each positioning channel comprises a fluid inlet to be filtered and a fluid outlet to be filtered.
  • input 113E and output 113S are shown only on the first positioning channel 104.1.
  • the inlet 113E of this first positioning channel is connected downstream to the outlet of the fluid to be filtered from a distribution duct of fluid to be filtered 102.
  • the inlet 113E of this first positioning channel thus forms the main inlet of fluid to be filtered 100.1 of the network.
  • Each concentration channel comprises a fluid inlet 114E to be filtered and three outlets, two filtered fluid outlets 114S.1, 114S.2, a third particle concentrate outlet 114S.3.
  • Each filtered fluid collection channel also includes a filtered fluid inlet 109E and a filtered fluid outlet 109S.
  • Each particle concentration channel is connected downstream with respect to the direction of fluid flow to the fluid to be filtered outlet of the positioning channel.
  • fluid inlet 114E of particle concentration channel 105.1 is in fluid communication with fluid outlet 113S of positioning channel 104.1.
  • the first filtered fluid outlet 114S.1 of the particle concentration channel 105.1 is in fluid communication with the filtered fluid inlet 109E of the filtered fluid collection channel 106.1.
  • the second filtered fluid outlet 114S.2 of the particle concentration channel 105.1 is in fluid communication with the filtered fluid inlet 109E of another filtered fluid collection channel.
  • the third particle concentrate outlet 114S.3 of the particle concentration channel is connected upstream to the fluid inlet to be filtered of the next positioning channel referenced 104.2.
  • particles 10 are represented by white dots and flow from the main network inlet 100.1 to the main particle concentrate outlet 100.2.
  • the fluid to be filtered is filtered by flowing successively through the positioning channels and the particle concentration channels which retain the particles.
  • the outlet of the last particle concentration channel 105.10 forms the main particle concentrate outlet 100.2 which is connected upstream to the inlet of a particle collector pipe 103.
  • the fluid filtered in Output from each filtered fluid collection channel 106 is collected by two filtered fluid collection channels 108.1, 108.2.
  • the network further comprises a structure for stabilizing the hydrodynamic resistances 111 which extends from the last particle concentration channel 105.10.
  • This structure 111 is configured in such a way as to counterbalance the hydrodynamic resistances of the microfluidic channels of the network, in other words to make the resistance RCG negligible compared to the resistance Ri.
  • the shape of the internal wall of the positioning channel and of the particle concentration channel does not cause the Reynolds number to vary.
  • the internal walls of the positioning channels and of the concentration channels are structured and modified in order to increase the filtration efficiency. These modifications were made possible thanks to the presence of the stabilization structure.
  • the internal wall of the particle concentration channel may comprise a plurality of surface modifiers which are arranged and configured to direct the particles circulating in the concentration channel away from the outlet of filtered fluid and to deflect them. direct towards the particle concentrate outlet, and to block the passage of the particles in order to prevent them from moving towards the entrance of the filtered fluid collection channels.
  • the internal wall of the positioning channel comprises a plurality of modifiers which are arranged and configured to direct the particles towards a desired positioning with respect to the entrance of the particle concentration channel in order to force them to flow in a lower zone of the concentration channel so as to move them away from the filtered fluid inlet of the filtered fluid collection channels.
  • These modifiers also allow particles to be aligned with the direction of fluid flow to make it easier to move particles through concentration channels.
  • FIG. 9A represents the enlarged view of the filtration network of FIG.
  • FIG. 9A the interface between the first positioning channel 4.1 and the first particle concentration channel 5.1 is represented by a dotted line and referenced 11
  • the interface between the first concentration channel 5.1 and the first collection channel of filtered fluid 6.1 is represented by a dotted line and referenced 12
  • the interface between the first concentration channel 5.1 and the second positioning channel 4.2 is represented by a dotted line and referenced 13.
  • the concentration channel includes a plurality of surface modifiers present on the inner wall of the concentration channel.
  • the plurality of modifiers includes a first group of modifiers arranged and configured to direct particles flowing in the concentration channel away from the outlet 14S.1 and towards the particle concentrate outlet 14S.2 and a second group of modifiers surface arranged and configured to prevent the passage of particles in the filtered fluid collection channel by forming a passage barrier at the interface 12.
  • the positioning channel also comprises a plurality of surface modifiers present on the internal wall of the positioning channel. These modifiers are arranged and configured to direct and orient the particles towards a position of the entrance of the concentration channel so as to generate a flow of particles only in a lower zone of the concentration channel, and thus to move the particles from the filtered fluid outlet of the concentration channel.
  • the positioning channel 4.2 comprises surface modifiers in the form, for example, of notches 40 which make it possible to direct the particles in the direction of a position of the entrance to the concentration channel so as to force the particles to move into a lower region of the concentration channel, and to move the particles away from the filtered fluid inlet from the filtered fluid collection channel as illustrated in Figure 9B.
  • the particles are therefore guided to move in the lower part of the channel of concentration channel to go towards the exit of concentrate.
  • the concentration channel 5.1 comprises a first group of modifiers in the form, for example, of notches 41 whose function is to keep the particles circulating in the concentration channel away from the outlet 14S.1 and to direct them in the direction of the particle concentrate outlet14S.2.
  • the channel also includes a second group of modifiers in the form of pads 42 which form a barrier at the interface 12 to prevent particles from heading towards the filtered fluid inlet of the filtered fluid collection channel 6.1 .
  • the combination of functions performed by all the modifiers ensures particle-free fluid withdrawal from each concentration channel and the ability to increasingly concentrate the particle concentrate as the fluid flows through concentration channels.
  • the shapes of the surface modifiers are not limiting. They may include studs, chevrons, notches, or a combination of these shapes. According to an exemplary embodiment, the studs extend from a surface of the internal wall in the direction of the opposite wall and/or up to the surface of the opposite wall.
  • the studs have a height of between 50 and 500 ⁇ m and are spaced apart by a distance of between 10 and 500 ⁇ m.
  • the pads may have a height substantially equal to the height of the channel.
  • the studs can form a partial height of the channel.
  • the notches have a dimension comprised between 10 and 250 ⁇ m and spaced apart by a distance comprised between 10 and 500 ⁇ m.
  • the notches can be in the form of a projection 41 from the internal wall of the concentration channel or in the form of a depression 40 from the internal wall of the positioning channel.
  • FIG. 10 schematically illustrates the various possible examples of surface modifiers, in the form of studs, notches or chevrons.
  • FIG. 11 schematically illustrates the general architecture of a filtration system.
  • the system 300 comprises a frame 69, which comprises at least one fluidic filtration device 1.
  • the system may comprise downstream of the filtration device 1 an ultrasonic radiation system to determine the nature of the polymer of the particles 49, 51 and an optical system 50 configured to characterize the particles present in the fluid at the outlet of the filtration device 1.
  • the filtration system Upstream of the filtration device 1, the filtration system comprises a temperature measurement system 47 which makes it possible to measure the temperature of the fluid, a system of geolocation 48 which makes it possible to locate the filtration device when it is implemented in a natural environment, a system for measuring the pH of the fluid 56, a flow regulator 55 which makes it possible to control the flow rate of the fluid in the filtration and a pressure regulator 57.
  • the flow regulator 55 makes it possible to adjust the flow so as to cause a flow of fluid in the filtration system co mtaken between 0.1 L.min 1 and 1 e 8 L.min 1 .
  • the pressure regulator 57 can control a fluid flow rate by pressure difference inside the fluidic device. Upstream of the inlet of the fluid to be filtered from the device, the system comprises a prefiltration system of the membrane filter type or centrifugal filter 42 so as to leave only particles having a diameter suitable for being filtered in the filtration device.
  • the system comprises a particle treatment system 43 located at the outlet of the filtration device in order to treat the particles with an enzymatic solution for example.
  • the system comprises a selector valve 53 at the input and a selector valve 54 at the output.
  • the selection valve 53 makes it possible to control the entry of fluid to be filtered 60, the entry of acid/enzymatic solution 61 and the exit of washing 62.
  • the selector valve 54 controls the particle outlet 63, the acid/enzyme solution outlet 64, the wash fluid inlet 65, the filtered fluid outlet 66, the acid/enzyme solution outlet 67 and the inlet of the washing fluid 68.
  • the two selector valves 53, 54 are adapted to redirect the various fluids upstream and downstream of the fluidic device 1 to allow recirculation of the fluid.
  • the system includes a servo system 52 which makes it possible to stop the filtration if necessary.
  • the system comprises a control unit which is electrically connected to the flow regulator, to the pressure regulator, to the selection valves.
  • the control unit can for example be a computer comprising a microprocessor, a memory and a display unit.
  • Data communications between the control unit and the components of the filtration system can be implemented by a wireless data transmission system. The data enables closed-loop control of fluid recirculations in the system.
  • a filtration assembly can comprise several fluidic devices 1.
  • the different fluidic devices 1 can be arranged in parallel, as illustrated in FIG. 12.
  • the assembly can treat a fluid at a flow rate higher than a system comprising a single fluidic device 1.
  • different fluidic devices can be connected in series.
  • An assembly may for example comprise between two and twenty fluidic devices, preferably between three and ten fluidic devices.
  • FIG. 12 schematically illustrates a system comprising eight fluidic devices fluidically connected in parallel.
  • a fluid to be filtered comprising particles is introduced at the inlet of the system 36.
  • a network of fluidic connections connects the inlet 36 to each of the inlets of the devices 1 .
  • the filtered fluid is collected at the outlet of the devices.
  • a network of fluidic connectors makes it possible to connect each of the filtered fluid outlets of the devices to the outlet 37.
  • the particle concentrate is collected at the outlet of the devices.
  • a network of fluidic connectors makes it possible to connect each of the particle concentrate outlets of the devices to the outlet 38.
  • the filtration assembly may comprise twenty fluidic devices which are connected together in parallel or in series.
  • Each device comprises one thousand fluidic layers which have a diameter of 30 cm which can operate with an inlet pressure of 1 bar and with a flow rate of 1 m 3 /s.
  • Each layer comprises sixty fluidic units. Each unit comprising sixteen networks.
  • Such fluidic assembly can process a fluid with a flow rate of 100 m 3 /s for a pressure of 10 bars.
  • the method 200 for filtering a fluid comprising particles can comprise several steps.
  • a fluid is passed through a network of microfluidic channels 7 at a flow rate of the fluid to be filtered.
  • the speed of the fluid flow or its flow rate can be controlled by a pressure regulator.
  • the flow rate value can be calculated according to the geometry of the different channels of the network and according to the applied pressure.
  • a flow of fluid is controlled, the flow rate of the fluid to be filtered being between 1 m 3 /s to 100 m 3 /s.
  • the flow rate is chosen so that the Péclet number of the particle in the flow of the fluid traversing the length of said particle concentration channel in the direction of the flow is between 27.10 2 and 25.10 20 .
  • a pressure difference of less than 10 bars between the main inlet and the outlets of the device is controlled so as to cause an appropriate flow rate in said filtration device.
  • the washing of the microfluidic channels is controlled as described above and illustrated in FIG. 11.
  • the washing step 202 can be carried out several times during the process of filtration of a given volume of fluid to be filtered by interrupting the filtration process. This regular washing makes it possible to maintain the filtration quality of the device. It is thus possible to adjust the number of washes according to the volume of fluid to be filtered.
  • the fluid to be filtered is recirculated in the filtration device.
  • the recirculation can be implemented by causing the fluid to recirculate in the same direction as during the first circulation of the fluid, or in the opposite direction.
  • the washing step 202 consists in reversing the direction of the flow in the filtration device. For this, the main fluid inlet to be filtered is closed. The direction of circulation of the flow of fluid circulating in the filtration network is reversed. In other words, the filtered fluid outlets of the channels are transformed into filtered fluid inlets. Thus, all the particles blocked in the concentration channels by the presence of the surface modifiers, for example the pads at the level of the filtered fluid outlet, are unblocked under the effect of the flow of fluid coming from the filtered fluid collection channels .
  • FIG. 14A represents an enlarged view of the filtration network of FIG. 2, showing by way of example the first positioning channel 4.1, the first particle concentration channel 5.1, the second particle concentration channel 5.2, the first filtered fluid collection channel 6.1 connected to the filtered fluid outlet 14S.1 of the first concentration channel and the second positioning channel 4.2 connected to the concentrate outlet 14S.2 of the first particle concentration channel.
  • the main fluid inlet to be filtered is closed.
  • the direction of fluid flow shown in Figure 14A by an arrow is reversed so that the filtered fluid outlet from the filtered fluid collection channel is transformed as part of the washing into the filtered fluid inlet.
  • the particles 10 represented by white dots which are trapped in the concentration channel 5.1 by the presence of surface modifiers, for example pads 42, located at the level of the filtered fluid outlet 14S.1 of the particle concentration channel 5.1, at the interface 1.2 between the particle concentration channel 5.1 and the filtered fluid collection channel 6.1, are unblocked and are moved in the direction of the second particle concentration channel 5.2
  • FIG. 14B represents an overall view of the box in which a stack of layers 16 is positioned.
  • the fluid inlet to be filtered at the level of the connector 33 is closed.
  • the direction of the flow is reversed at the filtered fluid outlet connector 34 so as to transform the filtered fluid outlet into a filtered fluid inlet in order to clean all the filtration networks by unblocking the particles trapped at the level of the studs in each of the concentration channels and direct them to the particle contract output.
  • the concentration of microparticles in a volume of water in a fluidic concentration device has been implemented.
  • the distribution a corresponds to the ratio between the volume of filtered fluid at the outlet of the particle concentration channel and the volume of particle concentrate at the outlet of the particle concentration channel.
  • Devices with channel geometries such as RI/RCG ⁇ 100 and RI/RCG > 100 have been defined. In these channels, one or two surface modifiers, in the form of a stud and a notch, were then added.
  • RI/RCG ⁇ 100 the variations of the distribution a at each branch fluctuate enormously, presenting a standard deviation of 236%, whereas when RI/RCG > 100, this standard deviation is only 25%.
  • concentration channels three pillars 50 microns in diameter, crossing the channel entirely, were placed with a distance of 50 microns between each. Spherical particles larger than 150 microns were correctly routed to the microparticle collection channel at 100%, while particles smaller than 150 microns were only 75% correctly routed.

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Abstract

Dispositif fluidique de filtration (1) adapté à filtrer un fluide d'au moins une particule (10), comprenant au moins un réseau (7) de canaux microfluidiques, ledit au moins un réseau comprenant : - une entrée principale de fluide à filtrer (7.1); - une sortie principale de concentrat de particules (7.2); - une pluralité de sorties de fluide filtré (7.3); - une pluralité de canaux de positionnement de particules (4); - une pluralité de canaux de concentration de particules (5); - une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré (6); - une structure d'équilibrage des résistances hydrodynamiques (11) configurée de sorte que la résistance hydrodynamique de chacun des canaux de collecte de fluide filtré Ri est définie par une résistance hydrodynamique R1 de la structure d'équilibrage et un rapport a entre le volume de fluide filtré et le volume de concentrat de particules en sortie de chaque canal de concentration de particules.

Description

Dispositif fluidique de filtration d’un fluide et procédé associé
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un dispositif fluidique de filtration d’un fluide et un procédé de filtration associé, par exemple utilisé pour filtrer des eaux, des polluants solides tels que des microparticules plastiques.
Technique antérieure
[0002] Les microparticules plastiques, dites microplastiques sont des particules dont le diamètre est inférieur à 5 mm. Elles peuvent être divisées en microplastiques primaires et microplastiques secondaires. Les microplastiques primaires sont fabriqués pour être de taille microscopique, qui font référence aux particules plastiques directement ajoutées aux produits, notamment les particules destinées à la fabrication de produits en plastique, les cosmétiques et les microbilles contenues dans les produits ménagers. Les microplastiques secondaires résultent de la fragmentation de gros déchets plastiques par dégradation physique et/ou chimique.
[0003] La présence de microplastiques dans l'environnement est devenue une préoccupation environnementale mondiale et un problème croissant en raison de l'augmentation exponentielle de la production de plastiques. Celle-ci n'a cessé de croître à l'échelle mondiale depuis le développement des premiers polymères synthétiques au milieu du 20ème siècle. La principale conséquence de la production élevée de plastiques est la génération de grandes quantités de ces déchets qui finissent dans l'environnement, principalement dans le milieu marin. On estime que chaque année, entre 4,8 et 12,7 millions de tonnes de déchets plastiques sont introduits dans les océans, devenant ainsi un problème environnemental majeur. D’après les échantillons d’eau marin prélevés, on estime que les microplastiques peuvent représenter jusqu’à 94% des déchets plastiques. Les microplastiques ont été trouvés dans pratiquement tous les écosystèmes, les eaux continentales et océaniques, les sédiments, l'air et les sols. Les microplastiques sont également présents dans les organismes, principalement dans les organismes aquatiques. La pollution des eaux par les microplastiques est une préoccupation importante du fait des dommages potentiels qui peuvent exercer à la fois sur les humains et sur la faune.
[0004] Actuellement, les méthodes connues de prétraitement des échantillons de microplastiques comprennent l'inspection visuelle directe, le tamisage, la filtration et la flottation par densité. Il n’existe actuellement aucune méthode standardisée permettant de séparer les microplastiques des eaux, avec un rendement important. La plupart des méthodes présente certains inconvénients tels que le coût élevé des équipements requis, le temps long nécessaire pour effectuer la séparation des microplastiques et la difficulté de mettre le système à l'échelle industrielle pour un traitement de grands volumes d'eau.
Résumé [0005] La présente divulgation vient améliorer la situation.
[0006] Il est proposé un dispositif fluidique de filtration adapté à filtrer un fluide d’au moins une particule, comprenant au moins un réseau fluidique de canaux microfluidiques, ledit au moins un réseau comprenant :
- une entrée principale de fluide à filtrer reliée à un réseau fluidique de distribution de fluide à filtrer;
- une sortie principale de concentrât de particules reliée à un réseau de collecte de concentrât de particules;
- une pluralité de sorties de fluide filtré reliées à un réseau de collecte de fluide filtré;
- une pluralité de canaux de positionnement de particules, chaque canal de positionnement de particules comprenant une entrée de fluide à filtrer et une sortie de fluide à filtrer, l’entrée du premier canal de positionnement parmi la pluralité de canaux de positionnement formant l’entrée principale de fluide à filtrer;
- une pluralité de canaux de concentration de particules, chaque canal de concentration de particules s’étendant selon une direction de l’écoulement du fluide à filtrer, chaque canal de concentration comprenant une entrée de fluide à filtrer, au moins une sortie de fluide filtré et une sortie de concentrât de particules, la sortie de concentrât de particules du dernier canal de concentration de particules parmi la pluralité de canaux de concentration de particules formant la sortie principale de contrat de particules et la sortie de concentrât de particules des autres canaux de concentration de particules étant en communication fluidique avec l’entrée de fluide à filtrer du canal de positionnement, la sortie de fluide de chaque canal de positionnement de particules étant en communication fluidique avec l’entrée de fluide à filtrer du canal de concentration de particules;
- une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré, chaque canal de collecte de fluide filtré s’étendant à partir d’un canal de concentration de particules et étant en communication fluidique avec la sortie de fluide filtré dudit canal de concentration de particules ;
- chaque canal de positionnement comprenant une pluralité de modificateurs de surface présents sur la paroi interne du canal de positionnement, lesdits modificateurs étant agencés et configurés pour diriger les particules en direction d’une position de l’entrée du canal de concentration de manière à générer un flux de particules dans le canal de concentration le plus éloigné possible de la sortie de fluide filtré (14S.1) du canal de concentration; - chaque canal de concentration de particules comprenant une pluralité de modificateurs de surface présents sur la paroi interne du canal de concentration de particule, la pluralité de modificateurs comprenant un premier groupe de modificateurs agencés et configurés pour éloigner les particules circulant dans le canal de concentration de la sortie et de les diriger en direction de la sortie de concentrât de particules et un second groupe de modificateurs de surface agencés et configurés pour empêcher le passage des particules dans le canal de collecte de fluide filtré en formant une barrière de passage au niveau de la sortie de fluide filtré de sorte que la concentration de particules augmente au fur à mesure de l’écoulement du fluide à travers les canaux de concentration de particules ;
- une structure d’équilibrage des résistances hydrodynamiques configurée de sorte que la résistance hydrodynamique de chacun des canaux de collecte de fluide filtré R, est fonction uniquement de la résistance hydrodynamique Ri et du rapport a entre le volume de fluide filtré et le volume de concentrât de particules en sortie de chacun des canaux de concentration de particules, ladite structure d’équilibrage s’étendant sous la forme d’un canal à partir de la sortie principale de concentrât de particules du canal de concentration de particules.
[0007] Selon un mode de réalisation avantageux, la structure d’équilibrage comprend en outre une pluralité de segment de conduits d’équilibrage de dimensions différentes de manière à répartir la résistance hydrodynamique Ri sur ledit canal de concentration de particules et l’ensemble des segments de conduits.
[0008] De préférence, les conduits d’équilibrage sont formés par un ou plusieurs conduits de collecte de concentrât de particules.
[0009] Selon un autre mode de réalisation, au moins un canal de collecte de fluide filtré parmi la pluralité de canaux de collecte de fluide filtré est prolongé par une pluralité de segments de conduits de répartition de résistance hydrodynamique de dimensions différentes de manière à répartir sa résistance hydrodynamique d’une part sur ledit au moins un canal de collecte de fluide filtré et d’autre part sur ladite pluralité de segments de conduits.
[0010] De préférence, lesdits conduits sont formés par un ou plusieurs conduits de collecte de fluide filtré du réseau.
[0011] Selon un exemple de réalisation, la résistance hydrodynamique Ri de la structure d’équilibrage est supérieure à la résistance hydrodynamique RCG la plus grande parmi les RCG du réseau d’un facteur compris entre 5 et 5 000 000, de préférence entre 500 et 100 000, la résistance RCG étant la somme des résistances hydrodynamiques du canal de positionnement et du canal de concentration de particules adjacent, le canal de positionnement étant le canal précédant le canal de concentration par rapport à la direction de l’écoulement du fluide.
[0012] Selon un exemple de réalisation, le canal de collecte de fluide filtré présente une largeur comprise entre 0.1 pm et 1000 pm, une hauteur comprise entre 0.1 pm et 1000 pm et une longueur comprise entre 10 pm et 100 mm.
[0013] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un réseau comprend :
- une pluralité de canaux de positionnement;
- une pluralité de canaux de concentration de particules comprenant chacun une entrée de fluide à filtrer, deux sorties de fluide filtré et une sortie de concentrât de particules;
- une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré s’étendant de part et d’autre à partir des canaux de concentration de particules et en communication fluidique avec les deux sorties de fluide filtré du canal de concentration de particules.
[0014] Selon un autre mode de réalisation, ledit au moins un réseau comprend :
- une pluralité de canaux de concentration de particules s’étendant selon la direction de l’écoulement du fluide et agencées les uns parallèles aux autres, chacun des canaux de concentration de particules comprenant une entrée, une sortie de concentrât de particules et une sortie de fluide filtré;
- une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré, chaque canal de collecte de fluide filtré s’étendant dans le prolongement d’un canal de concentration de particules et étant en communication fluidique avec ledit canal de concentration de particules;
- une pluralité de canaux de positionnement , chaque canal de positionnement mettant en communication fluidique la sortie de concentrât de particules d’un canal de concentration de particules avec l’entrée de concentrât de particules du canal de concentration de particules suivant.
[0015] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en oeuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0016] Les modificateurs de surface comprennent des plots, des chevrons et/ou des encoches.
[0017] Lesdits plots s’étendent à partir d’une surface de la paroi interne en direction de la paroi opposée et/ou jusqu’à la surface de la paroi opposée.
[0018] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de réseaux organisés selon une symétrie radiale autour d’un conduit de distribution de fluide à filtrer pour former une unité microfluidique. [0019] Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un empilement de couches, chaque couche comprenant une pluralité d’unités microfluidiques, une extrémité de l’empilement comprenant un réseau de distribution de fluide et l’autre extrémité de l’empilement comprenant un réseau de collecte de fluide filtré et un réseau de collecte de concentrât de particules, ledit conduit de distribution de fluide à filtrer de chaque unité fluidique traversant la pluralité des couches pour alimenter l’entrée principale de fluide à filtrer de l’ensemble des réseaux formant l’unité microfluidique.
[0020] De préférence, ledit au moins un réseau est dimensionné de sorte qu’au moins 10% en masse des particules ayant un volume compris entre 4.1025 et 7.109 m3, présents dans le fluide à filtrer sont collectés à la sortie principale du concentrât de particules (7.2) du réseau.
[0021] Selon un autre aspect, il est proposé un ensemble de filtration adapté à filtrer un fluide d’au moins une particule, comprenant une pluralité de dispositifs fluidiques tels que définis ci-dessus, lesdits réseaux étant reliés fluidiquement en série et/ou en parallèle.
[0022] Selon un mode de réalisation, l’ensemble comprend vingt dispositifs fluidiques, chacun des dispositifs formant un empilement de mille couches présentant un diamètre de 30 cm, chacune des couches comportant soixante unités fluidiques, chacune des unités comportant seize réseaux organisés selon une symétrie radiale autour d’un conduit de distribution de fluide à filtrer apte à circuler avec un débit de 100m3/s pour une pression de 10 bars.
[0023] Selon un autre aspect, il est proposé un système de filtration comprenant :
- au moins un dispositif de filtration tel que défini ci-dessus ;
- un système de mesure de température du fluide;
- un système de mesure de pH du fluide;
- un système de géolocalisation;
- un système de localisation de fuite ou d’obstruction configuré pour générer un signal d’alarme en cas de fuite ;
- un régulateur de pression;
- un régulateur de débit;
- un système optique configuré pour caractériser les particules;
- un système de rayonnement ultrasonore et/ou infrarouge pour déterminer la nature du polymère des particules;
- un système d’asservissement pour arrêter le dispositif de filtration ;
- un système préfiltration de type filtre membranaire ou filtre centrifuge ;
- un système de traitement des particules par méthode enzymatique, chimique ou physique; - un système de transmission de données sans fil ;
- un système de purge et/ou de nettoyage.
[0024] Selon encore un autre aspect, il est proposé un adapté à filtrer un fluide d’au moins une particule en mettant en oeuvre le dispositif tel que défini ci-dessus, comprenant :
- une étape dans laquelle on fait passer le fluide dans ledit au moins un réseau de filtration avec un débit du fluide à filtrer compris entre 0,01 m3/s à 100 m3/s, ledit débit étant tel que le nombre de Péclet de la particule dans l’écoulement du fluide parcourant la longueur dudit canal de concentration de particules dans le sens de l’écoulement est compris entre 1 .102 et 1.1020 ; et
- on assure une différence de pression entre l’entrée principale et les sorties du dispositif de manière à entraîner ledit débit dans ledit dispositif de filtration, la différence de pression étant inférieure à 10 bar. .
[0025] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre après l’étape de filtration, une étape de lavage dans laquelle on fait passer un fluide de lavage des canaux formant le réseau microfluidique, en fermant l’entrée principale de fluide à filtrer, et en inversant le sens du flux de fluide circulant dans ledit au moins un réseau de filtration en transformant les sorties de fluides filtrés en entrées de fluide filtré.
Brève description des dessins
[0026] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
[0027] [Fig. 1] La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de filtration selon un mode de réalisation comprenant un réseau de distribution de fluide à filtrer, un réseau fluidique de filtration, un réseau collecteur de particules et un réseau collecteur de fluide filtré.
Fig. 2
[0028] [Fig. 2] La figure 2 illustre schématiquement un réseau fluidique de filtration selon un mode de réalisation.
Fig. 3
[0029] [Fig. 3] La figure 3 illustre schématiquement une autre représentation du réseau fluidique de la figure 2 avec les résistances hydrodynamiques associées à chacun des canaux de collecte de fluide filtré et la résistance hydrodynamique associée au dernier canal de collecte de concentrât de particules en sortie du réseau.
Fig. 4 [0030] [Fig. 4] La figure 4 illustre schématiquement une unité microfluidique selon un mode de réalisation comprenant douze réseaux fluidiques de la figure 2 agencées de manière radiale autour d’un conduit de distribution de fluide à filtrer (a) et une vue de dessus agrandie de la zone centrale de l’unité microfluidique (b).
Fig. 5
[0031] [Fig. 5] La figure 5 illustre schématiquement un dispositif de filtration selon un autre mode de réalisation, comprenant un empilement de couches comprenant chacune une pluralité d’unités fluidiques, un réseau de distribution de fluide à filtrer positionné à une extrémité de l’empilement, un réseau collecteur de fluide filtré et un réseau collecteur de concentrât de particules étant positionnés à l’extrémité opposée de l’empilement.
Fig. 6
[0032] [Fig. 6] La figure 6 illustre schématiquement une vue agrandie de la zone de sortie de concentrât de particules du réseau fluidique de filtration de la figure 2 (a), une unité fluidique (b) et un empilement d’unités fluidiques relié fluidiquement à un réseau collecteur de concentrât de particules et un conduit externe à l’empilement.
Fig. 7 A
[0033] [Fig. 7A] La figure 7A montre une vue en perspective et partiellement éclatée d’un dispositif de filtration dans lequel l’empilement de la figure 5 est disposé dans un boîtier selon un mode de réalisation.
Fig. 7B
[0034] [Fig. 7B] La figure 7B montre une vue de profil de la figure 7A.
Fig. 8
[0035] [Fig. 8] La figure 8 illustre schématiquement un réseau de filtration selon un autre mode de réalisation
Fig. 9A
[0036] [Fig. 9A] La figure 9A montre une vue en coupe d’une portion du réseau de filtration de la figure 2, mettant en évidence l’interface (11) entre la sortie de fluide à filtrer du canal de positionnement et l’entrée de fluide à filtrer du canal de concentration de particules, l’interface (12) entre la sortie de fluide filtré du canal de concentration et l’entrée de fluide filtré du canal de collecte de fluide filtré, l’interface (13) entre la sortie de fluide à filtrer du canal de concentration et l’entrée de fluide à filtrer du canal de positionnement, avec la présence d’encoches dans le canal de positionnement, la présence de plots et d’encoches dans le canal de concentration de particules selon un mode de réalisation. Fig. 9B
[0037] [Fig. 9B] La figure 9B montre une vue de la figure 9A, illustrant le flux des particules influencé par la présence d’encoches et de plots dans le canal de concentration et la présence d’encoches dans le canal de positionnement selon un mode de réalisation. Fig. 10
[0038] [Fig. 10] La figure 10 représente schématiquement les différents exemples de réalisation de modificateurs de surface réalisés sur la paroi interne du canal de positionnement et/ou sur la paroi interne du canal de concentration de particules.
Fig. 11 [0039] [Fig. 11] La figure 11 illustre schématiquement l’architecture générale d’un système de filtration.
Fig. 12
[0040] [Fig. 12] La figure 12 illustre schématiquement un réseau de dispositifs fluidiques de filtration. Fig. 13
[0041] [Fig. 13] La figure 13 illustre schématiquement un procédé de filtration fluidique de particules.
Fig. 14A
[0042] [Fig. 14A] La figure 14A montre une vue de la figure 9A lors de la mise en oeuvre de l’étape du lavage par inversion du flux de fluide filtré en fermant l’entrée principale de fluide à filtrer et en transformant les sorties de fluide filtré des canaux de collecte de fluide filtré en entrées de fluide filtré.
Fig. 14B
[0043] [Fig. 14B] La figure 14B montre une vue du dispositif de la figure 7B lors de la mise en oeuvre de l’étape de lavage par inversion du flux de fluide filtré.
Description des modes de réalisation
[0044] Définitions
[0045] Au sens de la présente divulgation, le terme « particule » désigne tout élément solide rigides ou mous qui peut être une particule plastique, métallique, minéral ou particule biologique telle que des bactérie, cellule humaine, animale, végétale, plancton ou virus. Il peut se présenter sous la forme d’un élément sensiblement sphérique, d’une fibre ou d’une feuille. L’élément présente un volume inférieur à 5 mm3. [0046] On désigner par le terme « filtrer », en particulier par le terme « filtrer un fluide d’au moins une particule » le traitement permettant d’enlever la totalité ou une partie des particules présentes dans le fluide à filtrer. En d’autres termes, on enlève l’eau sans particules du fluide à filtrer des canaux de concentration de manière à obtenir à la fin de la filtration un concentrât de particules.
[0047] On désigner par le terme « longueur » d’un canal la taille d’un canal selon la direction principale d’écoulement du fluide.
[0048] On désigner par « largeur d’un canal », la taille maximale d’un canal dans une direction transverse à la direction principale d’écoulement du fluide.
[0049] On désigne par « hauteur d’un canal » la taille minimale d’un canal dans une direction transverse à la direction principale d’écoulement du fluide.
[0050] On désigne par le terme « concentrât de particules » un volume de liquide contenant les particules où le volume du fluide a été divisé par au moins 1000 par rapport au volume initial du fluide.
[0051] On désigne par le terme « fluide filtré » un volume de liquide dont la concentration de particules est inférieure à la concentration du concentrât. Un fluide filtré peut être entièrement dépourvu de particules.
[0052] On désigne par « réseau bidimensionnel » un réseau dont l’ensemble des éléments peuvent être répartis dans un plan, mais dans une ligne. Plus particulièrement, on désigne par « réseau bidimensionnel de canaux » un réseau de canaux dans lequel chaque canal est réparti dans le même plan, quelle que soit l’orientation de chaque canal. De préférence, les canaux microfluidiques du réseau de la présente divulgation forment au moins un réseau bidimensionnel de canaux.
[0053] On désigne par « réseau tridimensionnel » un réseau dont l’ensemble des éléments peuvent être répartis dans l’espace, mais pas dans un plan. Plus particulièrement, on désigne par « réseau tridimensionnel de canaux » un réseau de canaux dans lequel chaque canal est réparti dans l’espace mais pas dans un plan, quelle que soit l’orientation de chaque canal.
[0054] On désigne par « résistance hydrodynamique » le rapport entre la différence de pression amont-aval dans un canal ou plus généralement un réseau de canaux ou une conduite, et entre le débit volumique du fluide passant par le canal ou plus généralement le réseau de canaux ou la conduite. [0055] Le nombre de Péclet Pe permet de caractériser le rapport entre le transport d’une particule par convection et par diffusion, dans un canal microfluidique. Il est défini par la relation suivante (1 ) :
[0056] [Math.1]
Figure imgf000012_0001
[0057] Où Lc est la longueur caractéristique du canal microfluidique, et v la vitesse d’advection de la particule 10. On considère lors de la mise en oeuvre du dispositif de filtration de la présente divulgation que la longueur caractéristique est égale à la longueur d’un canal microfluidique dans la direction principale de l’écoulement du fluide.
[0058] En référence à la figure 1 , le dispositif fluidique 1 selon un mode de réalisation peut comprendre quatre réseaux fluidiques 22, 7, 25, 26 reliés fluidiquement ensemble. L’entrée 23 du dispositif 1 est reliée à un réseau fluidique de distribution de fluide 22. Le réseau fluidique de distribution 22 est adapté pour distribuer le fluide à filtrer au réseau fluidique de filtration 7 dont l’entrée principale de fluide à filtrer 7.1 est reliée fluidiquement au réseau de distribution 22. Le réseau fluidique de filtration 7 peut être un réseau bidimensionnel de canaux microfluidiques, comme représenté sur la figure 2, la figure 8 ou un réseau tridimensionnel de canaux microfluidiques, comme représenté sur la figure 5. La liaison fluidique entre le réseau de distribution de fluide filtré 22 et le réseau de filtration 7 peut être mise en oeuvre, par exemple par une pluralité de conduits reliés à une pluralité d’entrées du réseau fluidique de filtration. La sortie de fluide filtré 7.3 du réseau fluidique de filtration 7 est reliée en amont au réseau fluidique de collecte de fluide filtré 26. La sortie de concentrât de particules 7.2 du réseau fluidique de filtration 7 est reliée au réseau fluidique collecteur de concentrât de particules 25. La liaison fluidique entre le réseau de filtration de fluide 7 et le réseau de collecte de fluide filtré peut être mise en oeuvre, par exemple, par une pluralité de sorties de fluide filtré du réseau de filtration reliées à une pluralité d’entrées du réseau de collecte de fluide filtrée. La liaison fluidique entre le réseau de filtration de fluide 7 et le réseau de collecte de concentrât de particules 25 peut être mise en oeuvre, par une pluralité de sorties de concentrât de particules reliées à une pluralité d’entrées du réseau de collecte de particules. Le réseau de collecte de fluide filtré 26 est relié en amont à la sortie de fluide filtré 28. Le réseau de collecte de particules 25 est relié en amont à la sortie de particules 27.
[0059] En référence à la figure 2, un mode de réalisation du réseau 7 de canaux microfluidiques adapté pour filtrer un fluide d’au moins une particule est représenté. La figure 2 illustre schématiquement une vue de dessus d’un ensemble de canaux microfluidiques. Le réseau comprend une entrée principale de fluide à filtrer 7.1, une sortie principale de concentrât de particules 7.2 et une pluralité de sorties de fluide filtré 7.3.
[0060] Le réseau de canaux microfluidiques 7 comprend trois catégories de canaux selon leur fonction dans la mise en oeuvre de la filtration du fluide. Le réseau comprend une pluralité de canaux de positionnement de particules 4, une pluralité de canaux de concentration de particules 5 et une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré 6.
[0061] Les canaux de concentration de particules 5 et les canaux de collecte de fluide filtré 6 s’étendent selon une direction principale de l’écoulement du fluide. Plus précisément, les canaux de concentration de particules 5 s’étendent selon la direction principale de l’écoulement du fluide et agencés les uns parallèles aux autres. Chaque canal de collecte de fluide filtré 6 s’étend dans le prolongement d’un canal de concentration de particules et est en communication fluidique avec le canal de concentration de particules. La longueur de chaque canal de collecte de fluide filtré diminuant progressivement dans le sens de l’entrée principale de fluide 7.1 vers la sortie principale 7.2 de concentrât de particules. L’exemple du réseau montré sur la figure 2 comprend ici neuf canaux de positionnement 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, neuf canaux de concentration de particules 5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 et huit canaux de collecte de fluide filtré 6.1 , 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8. Le nombre de canaux formant le réseau microfluidique n’est pas limitatif.
[0062] Les canaux de concentration de particules sont reliés successivement entre eux fluidiquement par l’intermédiaire d’un canal de positionnement.
[0063] Chaque canal de positionnement comprend une entrée de fluide à filtrer 13E et une sortie de fluide à filtrer 13S. Sur la figure 2, l’entrée 13E et la sortie 13S sont montrées uniquement sur le premier canal de positionnement 4.1. Au sens de la présente divulgation, le terme « premier » désigner le rang du canal par rapport à l’entrée principale de fluide à filtrer du réseau. L’entrée 13E de ce premier canal de positionnement est reliée en aval à la sortie de fluide à filtrer d’un conduit de distribution de fluide à filtrer 2. L’entrée 13E de ce premier canal de positionnement forme ainsi également l’entrée principale de fluide à filtrer 7.1 du réseau.
[0064] Chaque canal de concentration comprend une entrée de fluide à filtrer 14E et deux sorties, une première sortie de fluide filtré 14S.1 et une seconde sortie de concentrât de particules 14S.2. Chaque canal de collecte de fluide filtré comprend également une entrée de fluide filtré 9E et une sortie de fluide filtré 9S. Chaque canal de concentration de particules est relié en aval par rapport à la direction de l’écoulement du fluide à la sortie de fluide à filtrer du canal de positionnement. Sur la figure 2, l’entrée de fluide 14E du canal de concentration de particules 5.1 est en communication fluidique avec la sortie de fluide 13S du canal de positionnement 4.1. La première sortie de fluide filtré 14S.1 du canal de concentration de particules 5.1 est en communication fluidique avec l’entrée de fluide filtré 9E du canal de collecte de fluide filtré 6.1. La seconde sortie de concentrât de particules 14S.2 du canal de concentration de particules 5.1 est reliée en amont à l’entrée de fluide à filtrer du canal de positionnement référencé 4.2. Sur la figure 2, les particules 10 sont représentées par des points blancs et s’écoulent depuis l’entrée principale 7.1 du réseau jusqu’à la sortie principale de concentrât de particules 7.2. Ainsi, le fluide à filtrer est filtré en s’écoulant successivement à travers les canaux de concentration de particules qui retiennent les particules. De ce fait, la concentration en particules augmente au fur à mesure de l’écoulement du fluide à travers les canaux de concentration de particules. Sur l’exemple de la figure 2, la sortie du dernier canal de concentration de particules 5.9 forme la sortie principale de concentrât de particules 7.2 qui est reliée en amont à l’entrée d’un conduit collecteur de particules 3. Le fluide filtré en sortie de chaque canal de collecte de fluide filtré 6 est collecté par un canal de collecte de fluide filtré 8. [0065] Afin de mieux illustrer les liaisons fluidiques entre le canal de positionnement, le canal de concentration et le canal de collecte de fluide filtré, la figure 2 montre une vue agrandie d’une portion du réseau de filtration de la figure 2. Plus précisément, la vue agrandie montre uniquement les deux premiers canaux de positionnement 4.1 , 4.2, les deux premiers canaux de concentration de particules 5.1 , 5.2 et le premier canal de collecte de fluide filtré 6.1.
[0066] Comme décrit ci-dessus, le premier canal de positionnement 4.1 comprend une entrée de fluide à filtrer 13E et une sortie de fluide à filtrer 13S. Le premier canal de concentration 5.1 comprend une entrée de fluide à filtrer, une sortie de fluide filtré 14S.1 et une sortie de concentrât de particules 14S.2. Le canal de collecte de fluide filtré 6.1 comprend une entrée de fluide filtré 9E. La sortie 13S est reliée à l’entrée 14E, formant une interface 11 , matérialisée par un trait pointillé, entre le premier canal de positionnement 4.1 et le premier canal de concentration de particules 5.1. La sortie 14S.1 est reliée à l’entrée 9E formant une interface 12 entre le premier canal de concentration et le premier canal de collecte de fluide filtré. La sortie 14S.2 est reliée à l’entrée du deuxième canal de positionnement formant une interface 13 l’interface entre le premier canal de concentration et le deuxième canal de positionnement.
[0067] Afin de pouvoir d’assurer la qualité de filtration au fur à mesure de l’écoulement du fluide à filtrer successivement depuis le premier canal de concentration jusqu’au dernier canal de concentration du réseau, c’est à dire de pouvoir prélever uniquement du fluide sans particules à partir de chaque canal de concentration de particules, le canal de concentration comprend une pluralité de modificateurs de surface présentes sur la paroi interne du canal de concentration. La pluralité de modificateurs comprend un premier groupe de modificateurs agencés et configurés pour éloigner les particules circulant dans le canal de concentration de la sortie 14S.1 et de les diriger en direction de la sortie de concentrât de particules14S.2 et un second groupe de modificateurs de surface agencés et configurés pour empêcher le passage des particules dans le canal de collecte de fluide filtré en formant une barrière de passage au niveau de l’interface 12, comme l’illustre sur a vue grandie de la figure 2.
[0068] Selon un mode de réalisation, le canal de positionnement comprend également une pluralité de modificateurs de surfaces présentes sur la paroi interne du canal de positionnement. Ces modificateurs sont agencés et configurés pour diriger et/orienter les particules en direction d’une position de l’entrée du canal de concentration la plus éloignée possible de la sortie de fluide filtré, de manière à forcer les particules de se déplacer dans une zone inférieure du canal de concentration.
[0069] Selon la présente divulgation, il est souhaitable de pouvoir contrôler le rapport entre le volume de fluide filtré collecté par le canal de collecte de fluide filtré et le volume de concentrât de particules en sortie de chaque canal de concentration de particules, quelle que soit la géométrie et les caractéristiques des canaux de positionnement et canaux de concentration de particules. En outre, il est essentiel que le réseau de filtration microfluidique garantisse que maximum de particules s’écoulent vers le canal de concentration de particules. Selon la présente divulgation, le contrôle de la distribution du volume de fluide filtré et du chemin des particules peut être réalisé en équilibrant les résistances hydrodynamiques portés par la structure du réseau, et notamment portées par chacun des canaux formant le réseau.
[0070] En référence à la figure 3 qui illustre un réseau de filtration qui comprend N canaux de collecte de fluide filtré, la résistance hydrodynamique Re N de l’ensemble des canaux formant le réseau peut être défini par la relation suivante (2) :
[0071] [Math. 2]
Figure imgf000015_0001
[0072] RCG est la somme des résistances hydrodynamiques du canal de positionnement (Rc) et du canal de concentration de particules (RG), le canal de positionnement étant le canal précédant le canal de concentration par rapport à la direction de l’écoulement du fluide. Ainsi sur la figure 2 par exemple, RCG est la somme des résistances du canal de positionnement 4.1 et du canal de concentration 5.1. RCG change en fonction de la géométrie et des caractéristiques des canaux de positionnement et des canaux de concentration ainsi que du nombre de Reynolds dans les canaux. Le paramètre a est le rapport entre le volume du concentrât de particules Q en sortie du canal de concentration de particules et le volume du fluide filtré en sortie du canal de concentration de particules Qout. i est la résistance portée par le dernier canal de concentration de particules portant la sortie principale de concentrât de particules. Sur la figure 2, le dernier canal de concentration de particules qui porte la résistance Ri est référencée 5.9.
[0073] Les inventeurs de la présente invention ont déterminé à partir de la relation (2) que lorsque Ri est supérieure à la résistance RCG la plus grande parmi les RCG du réseau d’un certain facteur, la distribution a ne change pas quelle que soit la résistance RCG, notamment lorsque Ri est supérieure à RCG d’un facteur compris entre 5 et 5 000 000, de préférence entre 500 et 100 000. Dans le cas où le réseau comprend des RCG différentes, ils ont déterminé que Ri doit être supérieure à la résistance RCG la plus grande. De cette façon, la résistance RCG est rendue négligeable devant la résistance Ri dans la relation (2).
[0074] Afin de pouvoir satisfaire cette condition, le réseau de filtration de la présente divulgation comprend une structure d’équilibrage 11 qui s’étend à partir du canal de concentration de particules qui porte la résistance Ri. Sur l’exemple de réalisation montré sur la figure 2, cette structure d’équilibrage s’étend sous la forme d’un canal à partir de la sortie principale de concentrât du canal de concentration de particules référencé 5.9. La structure d’équilibrage 11 est reliée en aval à la sortie de concentrât de particules du canal de concentration de particules 5.9 et en amont au conduit de collecte de concentrât de particules 3. La résistance Ri est ainsi répartie d’une part sur le canal de concentration de particules 5.9 et sur le canal formant la structure d’équilibrage 11. Sur l’exemple de la figure 2, la sortie de la structure d’équilibrage 11 forme la sortie principale du concentrât de particules 7.2. Il est possible d’ajuster la dimension de cette structure d’équilibrage afin de pouvoir définir une résistance Ri suffisamment grande pour rendre négligeable la résistance RCG.
[0075] La résistance hydrodynamique de chacun des canaux de collecte de fluide filtré est définie par la relation suivante (3) :
[0076] [Math. 3]
Figure imgf000016_0001
[0077] Où R, est la résistance hydrodynamique du canal de collecte de fluide filtré, i étant un nombre entier compris entre 2 et N. Il ressort de la relation (2) qu’il est également possible de déterminer la résistance de chacun des canaux de collecte de fluide filtré en définissant une résistance Ri supérieure à RCG de sorte que la résistance R, est fonction uniquement de la distribution a et R-i. Ainsi, à partir de ces résistances R,, il est donc possible d’établir un équilibrage de résistance hydrodynamique de manière à obtenir un réseau microfluidique de filtration stable.
[0078] En référence à la figure 4, une architecture radiale peut être utilisée pour agencer une pluralité de réseaux microfluidique autour d’un conduit 2 de distribution de fluide à filtrer. Sur l’exemple de la figure 4, il est ainsi possible d’agencer seize réseaux microfluidiques 7 de la figure 2 autour du canal primaire 12. Cette architecture forme ainsi une unité microfluidique 30. Le conduit 2 est reliée fluidiquement à l’ensemble des entrées des réseaux, permettant ainsi de distribuer du fluide à filtrer à l’ensemble des seize réseaux comme le montre la vue agrandie de la zone centrale de l’unité microfluidique. Les sorties de collecte de fluide filtré 9 des seize réseaux peuvent être reliées fluidiquement ensemble à au moins un conduit de collecte de fluide filtré 8. Les sorties de concentrât de particules des réseaux peuvent être reliées fluidiquement ensemble à au moins un conduit de collecte de concentrât de particules 3. Cette architecture radiale permet de maximiser la densité de surface occupée par les réseaux de filtration sur une couche.
[0079] En référence à la figure 5, on peut également former une pluralité d’unités microfluidiques 30 dans une même couche 31. Sur la figure 5, chaque couche 31 comprend par exemple six unités microfluidiques. On peut également empiler les couches les unes sur les autres. La figure 5 illustre un empilement 16 de vingt-deux couches, chacune comportant six unités microfluidiques.
[0080] Les conduits de distribution 2 de fluide à filtrer traversent successivement les couches pour distribuer le fluide à filtrer aux différents réseaux. Les conduits de collecte de concentrât de particules 3 et de fluide filtré 8 traversent successivement les couches pour collecter respectivement le concentrât de particules de chaque couche et le fluide filtré de chaque couche.
[0081] L’empilement de couches 16 peut comprendre un réseau de canaux de distribution de fluide à filtrer 22, un réseau de collecte de concentrât de particules 25 et un réseau de collecte de fluide filtré 26. Ces réseaux peuvent se présenter sous la forme de couches de canaux positionnées aux extrémités de l’empilement. Ainsi, la première couche de l’empilement forme un réseau de canaux de distribution de fluide et les deux dernières couches de l’empilement forment respectivement un réseau de collecte de fluide filtré et un réseau de collecte de particules. Le réseau de canaux de distribution de fluide à filtrer permet de relier un conduit d’entrée de fluide à filtrer 23 aux conduits de distribution 2 traversant l’empilement. Le réseau de canaux de collecte de concentrât de particules 25 permet de relier un conduit de collecte de concentrât de particules 27 aux canaux de collecte de concentrât 3 traversant successivement l’empilement. Le réseau de canaux de collecte de fluide filtré 26 permet de relier un conduit de collecte de fluide filtré 28 aux canaux de collecte de fluide filtré 8 traversant successivement l’empilement.
[0082] En référence à la figure 6 et comme indiqué ci-dessus, la structure d’équilibrage 11 des résistances hydrodynamiques a pour fonction d’équilibrer, ou de répartir de manière optimale les résistances hydrodynamiques de l’ensembles des canaux microfluidiques du réseau 7. Elle est agencée dans le prolongement du dernier canal de concentration de particules par rapport à la direction de l’écoulement du fluide. Ce dernier canal de concentration de particules forme ainsi également un canal de collecte de concentrât de particules dont la sortie forme également la sortie principale du concentrât de particules du réseau 7.2. Comme l’illustrent l’exemple de réseau de la figure 2 et l’image (a) de la figure 6 qui représente une vue agrandie de cette zone de sortie du concentrât de particules de la figure 2, la structure d’équilibrage 11 s’étend à partir du dernier canal de concentration de particules référencée 5.9. Sur la figure 6, une partie de cette structure d’équilibrage est montrée sous la forme d’un canal. La résistance hydrodynamique Ri est ainsi répartie d’une part sur le canal 5.9 et d’autre part sur la structure d’équilibrage 11.
[0083] Selon la présente divulgation, il est possible d’ajuster la dimension de cette structure d’équilibrage en fonction de la résistance hydrodynamique Ri requise pour contrebalancer la résistance RCG. Selon un exemple de réalisation, la structure d’équilibrage comprend une pluralité de segment de conduits d’équilibrage de dimensions différentes de manière à pouvoir répartir la résistance hydrodynamique Ri sur l’ensemble des segments de conduits.
[0084] Selon un exemple de réalisation et comme l’illustre l’image (b) de la figure 6, une partie des conduits d’équilibrage sont formés avantageusement par un conduit de collecte de concentrât de particules 3 reliée en aval à la sortie principale de concentrât de particules 7.2 du réseau. Ainsi, la résistance hydrodynamique Ri est répartie sur le canal de collecte de concentrât de particules 5.9 et le conduit de collecte de concentrât de particules 3.
[0085] Selon un autre exemple et comme l’illustre l’image (c) de la figure 6, une partie des conduits de la structure d’équilibrage est formée également par les conduits du réseau de collecte de concentrât de particules 25 qui se trouve à l’extrémité de l’empilement 16. Ainsi, la résistance hydrodynamique Ri est répartie sur le canal de collecte de concentrât de particules 5.9, le conduit de collecte de concentrât de particules 3 et le réseau de collecte de concentrât de particules 25.
[0086] Selon encore un autre exemple, une partie des conduits de la structure d’équilibrage est formée par un conduit 29 agencé à l’extérieur du réseau. La résistance hydrodynamique Ri est dans ce cas répartie sur le canal de collecte de concentrât de particules 5.9, le conduit de collecte de concentrât de particules 3, le réseau de collecte de concentrât de particules 25 et le conduit 29.
[0087] Selon un exemple de réalisation, pour s’affranchir des contraintes techniques de microfabrication et afin de satisfaire les résistances hydrodynamiques R, calculées pour les différents canaux de collecte de fluide filtré, il est également possible de prolonger les canaux de collecte de fluide filtré des segments de conduits de dimensions différentes de manière à pouvoir répartir la résistance sur le canal de collecte de fluide correspondant et un ou plusieurs segments de conduits. Ces segments de conduits peuvent être présents et font partie du réseau 7. A titre d’exemple, une partie de ces conduits sont notamment formés par le conduit de collecte de fluide filtré traversant l’empilement et/ou par le ou les conduits de collecte de fluide filtré du réseau 26 situé à l’extrémité de l’empilement 16. Selon une variante, ces segments peuvent être formés par des tuyaux agencés à l’extérieur du réseau 7, comme dans l’exemple illustré sur l’image (c) de la figure 6.
[0088] De manière générale, la forme de la section d’un canal de positionnement, d’un canal de concentration de particules et d’un canal de collecte de fluide filtré peut être circulaire, rectangulaire ou toute autre forme géométrique.
[0089] La longueur d’un canal de collecte de fluide filtré peut être comprise entre 0.01 mm et 100 mm, préférentiellement entre 0.1 mm et 50 mm et préférentiellement entre 1mm et 20 mm. La largeur d’un canal de collecte de fluide filtré peut être comprise entre 0.1 pm et 2 000 pm, préférentiellement entre 5 pm et 1000 pm et préférentiellement entre 100 pm et 500 pm. La hauteur du canal de collecte de fluide filtré peut être comprise entre 0.1 pm et 2000 pm, préférentiellement entre 5 pm et 1000 pm et préférentiellement entre 100 pm et 500 pm. De manière générale, un canal microfluidique peut présenter plusieurs hauteurs.
[0090] La longueur d’un canal de concentration de particules peut être comprise entre 10 et 10 000 pm préférentiellement entre 50 pm et 1000 pm et préférentiellement entre 200 et 500 pm. La largeur du canal de concentration de particules peut être comprise entre 50 et 10000 pm, préférentiellement entre 100 pm et 5000 pm et préférentiellement entre 500 pm et 1 200 pm. La hauteur du canal de concentration de particules peut être comprise entre 50 et 10 000 pm, préférentiellement entre 100 pm et 5 000 pm et préférentiellement entre 400 pm et 800 pm.
[0091] La longueur d’un canal de positionnement peut être comprise entre 10 et 10000 pm préférentiellement entre 50 pm et 1 000 pm et préférentiellement entre 200 pm et 500pm. La largeur du canal de positionnement peut être comprise entre 50 pm et 10 000 pm, préférentiellement entre 100 pm et 5 000 pm et préférentiellement entre 500 pm et 1 200 pm. La hauteur du canal de positionnement peut être comprise entre 50 et 10 000 pm, préférentiellement entre 100 pm et 5000 pm et préférentiellement entre 400 pm et 800 pm.
[0092] De manière générale, les canaux microfluidiques peuvent être réalisés en PDMS, PFPE, ou tout autre matériau connu adapté à la microfabrication de canaux microfluidiques. Les techniques de microfabrication peuvent être l’impression par la lithographie UV ou bien des technologies d’impression 3D pour réaliser les motifs.
[0093] En référence aux figures 7 A et 7B, le réseau de filtration se présentant sous la forme d’un empilement 16 de la figure 5 peut être positionné à l’intérieur d’un boîtier. Le boîtier comprend un réceptacle 32 dans lequel est positionné l’empilement 16 et un bouchon 35 qui est destiné à venir fermer le réceptacle 32. Le bouchon comprend un connecteur 33 de distribution de fluide à filtrer relié au conduit de l’entrée de fluide à filtrer 23 de l’empilement. Le réceptacle 32 comprend un connecteur de sortie 34 de fluide filtré relié au conduit de collecte de fluide filtré 28 de l’empilement 16. Le réceptacle 32 comprend un connecteur de sortie 35 de concentrât relié à la sortie du conduit de collecte de fluide filtré 27 de l’empilement.
[0094] En référence à la figure 8, une autre forme géométrique du réseau microfluidique de filtration est illustrée. Le réseau de canaux microfluidiques 100 comprend également trois catégories de canaux selon leur fonction dans la mise en oeuvre de la filtration du fluide Le réseau 100 comprend une pluralité de canaux de positionnement 104.1 , 104.2,104.3, 104.4, 104.5, 104.6, 104.7, 104.8, 104.9, une pluralité de canaux de concentration de particules
105.1, 105.2,105.3, 105.4, 105.5, 105.6, 105.7, 105.8, 105.9, 105.10 et une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré 106.1, 106.2,106.3, 106.4, 106.5, 106.6, 106.7, 106.8, 106.9, 106.10. Le réseau comprend une entrée principale d’entrée de fluide 100.1, une sortie principale de concentrât de particules 100.2, et une pluralité de sorties de fluide filtré 100.3, 100.4. L’exemple du réseau montré sur la figure 8 comprend ici neuf canaux de positionnement, dix canaux de concentration de particules et vingt canaux de collecte de fluide filtré. Le nombre de canaux formant le réseau microfluidique n’est pas limitatif.
[0095] Les canaux de concentration 105 s’étendent selon une direction principale de l’écoulement du fluide et agencées l’un après l’autre. Chacun des canaux de collecte de fluide filtré 106 s’étend à partir d’un canal de concentration de particules et est en communication fluidique avec le canal de concentration de particules.
[0096] Chaque canal de positionnement comprend une entrée de fluide à filtrer et une sortie de fluide à filtrer. Sur la figure 8, l’entrée 113E et la sortie 113S sont montrés uniquement sur le premier canal de positionnement 104.1. L’entrée 113E de ce premier canal de positionnement est relié en aval à la sortie de fluide à filtrer d’un conduit de distribution de fluide à filtrer 102. L’entrée 113E de ce premier canal de positionnement forme ainsi l’entrée principale de fluide à filtrer 100.1 du réseau. Chaque canal de concentration comprend une entrée de fluide à filtrer 114E et trois sorties, deux sorties de fluide filtré 114S.1 , 114S.2, une troisième sortie de concentrât de particules 114S.3. Chaque canal de collecte de fluide filtré comprend également une entrée de fluide filtré 109E et une sortie de fluide filtré 109S.
Chaque canal de concentration de particules est relié en aval par rapport à la direction de l’écoulement du fluide à la sortie de fluide à filtrer du canal de positionnement. Sur la figure 8, l’entrée de fluide 114E du canal de concentration de particules 105.1 est en communication fluidique avec la sortie de fluide 113S du canal de positionnement 104.1. La première sortie de fluide filtré 114S.1 du canal de concentration de particules 105.1 est en communication fluidique avec l’entrée de fluide filtré 109E du canal de collecte de fluide filtré 106.1. La deuxième sortie de fluide filtré 114S.2 du canal de concentration de particules 105.1 est en communication fluidique avec l’entrée de fluide filtré 109E d’un autre canal de collecte de fluide filtré. La troisième sortie de concentrât de particules 114S.3 du canal de concentration de particules est reliée en amont à l’entrée de fluide à filtrer du canal de positionnement suivant référencé 104.2. Sur la figure 8, les particules 10 sont représentées par des points blancs et s’écoulent depuis l’entrée principale 100.1 du réseau jusqu’à la sortie principale de concentrât de particules 100.2. Ainsi, le fluide à filtrer est filtré en s’écoulant successivement à travers les canaux de positionnement et les canaux de concentration de particules qui retiennent les particules. Sur l’exemple de la figure 8, la sortie du dernier canal de concentration de particules 105.10 forme la sortie principale de concentrât de particules 100.2 qui est reliée en amont à l’entrée d’un conduit collecteur de particules 103. Le fluide filtré en sortie de chaque canal de collecte de fluide filtré 106 est collecté par deux canaux de collecte de fluide filtré 108.1, 108.2. [0097] Sur l’exemple illustré sur la figure 8, le réseau comprend en outre une structure de stabilisation des résistances hydrodynamiques 111 qui s’étend à partir du dernier canal de concentration de particules 105.10. Cette structure 111 est configurée de manière à contrebalancer les résistances hydrodynamiques des canaux microfluidiques du réseau, en d’autres termes rendre la résistance RCG négligeable devant la résistance Ri. Ainsi la forme de la paroi interne du canal de positionnement et du canal de concentration de particules ne fait pas varier le nombre de Reynolds.
[0098] En référence aux figures 9A et 9B, les parois internes des canaux de positionnement et des canaux de concentration sont structurées et modifiées afin d’augmenter l’efficacité de filtration. Ces modifications ont été rendues possible grâce la présence de la structure de stabilisation. [0099] Selon un exemple de réalisation, la paroi interne du canal de concentration de particules peut comprendre une pluralité de modificateurs de surface qui sont agencés et configurés pour éloigner les particules circulant dans le canal de concentration de la sortie de fluide filtré et de les diriger en direction de la sortie de concentrât de particules, et de bloquer le passage des particules afin de les empêcher de se diriger vers l’entrée des canaux de collecte de fluide filtré.
[0100] Selon un autre exemple de réalisation, la paroi interne du canal de positionnement comprend une pluralité de modificateurs qui sont agencés et configurés pour diriger les particules vers un positionnement désiré par rapport à l’entrée du canal de concentration de particules afin de les forcer à circuler dans une zone inférieure du canal de concentration de manière à les éloigner de l’entrée de fluide filtré des canaux de collecte de fluide filtré. Ces modificateurs permettent également d’aligner les particules selon la direction d’écoulement du fluide pour faciliter le déplacement des particules dans les canaux de concentration. [0101] La figure 9A représente la vue agrandie du réseau de filtration de la figure 2, montrant uniquement le premier canal de positionnement 4.1 , le premier canal de concentration de particules 5.1 , le deuxième canal de concentration de particules 5.2, le premier canal de collecte de fluide filtré 6.1 relié à la sortie de fluide filtré du premier canal de concentration et le deuxième canal de positionnement 4.2 relié à la sortie de concentrât du premier canal de concentration de particules 5.1. Sur la figure 9A, l’interface entre le premier canal de positionnement 4.1 et le premier canal de concentration de particules 5.1 est représentée par un trait pointillé et référencé 11 , l’interface entre le premier canal de concentration 5.1 et le premier canal de collecte de fluide filtré 6.1 est représentée par un trait pointillé et référencé 12, l’interface entre le premier canal de concentration 5.1 et le deuxième canal de positionnement 4.2 est représentée par un trait pointillé et référencé 13.
[0102] Afin de pouvoir d’assurer la qualité de filtration au fur à mesure de l’écoulement du fluide à filtrer successivement depuis le premier canal de concentration jusqu’au dernier canal de concentration du réseau, c’est à dire de pouvoir prélever uniquement du fluide sans particules à partir de chaque canal de concentration de particules, le canal de concentration comprend une pluralité de modificateurs de surface présents sur la paroi interne du canal de concentration. La pluralité de modificateurs comprend un premier groupe de modificateurs agencés et configurés pour éloigner les particules circulant dans le canal de concentration de la sortie 14S.1 et de les diriger en direction de la sortie de concentrât de particules14S.2 et un second groupe de modificateurs de surface agencés et configurés pour empêcher le passage des particules dans le canal de collecte de fluide filtré en formant une barrière de passage au niveau de l’interface 12. [0103] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le canal de positionnement comprend également une pluralité de modificateurs de surfaces présents sur la paroi interne du canal de positionnement. Ces modificateurs sont agencés et configurés pour diriger et orienter les particules en direction d’une position de l’entrée du canal de concentration de manière à générer un flux de particules uniquement dans une zone inférieure du canal de concentration, et d’éloigner ainsi les particules de la sortie de fluide filtré du canal de concentration.
[0104] L’impact de la présence de ces modificateurs de surface sur le flux des particules est décrit ci-dessous en référence à la figure 9B. [0105] Sur la figure 9, le canal de positionnement 4.2 comprend des modificateurs de surface sous forme par exemple d’encoches 40 qui permettent de diriger les particules en direction d’une position de l’entrée du canal de concentration de manière à forcer les particules de se déplacer dans une zone inférieure du canal de concentration, et d’éloigner les particules de l’entrée de fluide filtré du canal de collecte de fluide filtré comme l’illustre la figure 9B. Les particules sont donc guidées pour se déplacer dans la partie inférieure du canal de canal de concentration pour se diriger vers la sortie de concentrât.
[0106] Le canal de concentration 5.1 comprend un premier groupe de modificateurs sous forme par exemple d’encoches 41 qui ont pour fonction d’éloigner les particules circulant dans le canal de concentration de la sortie 14S.1 et de les diriger en direction de la sortie de concentrât de particules14S.2.
[0107] Le canal comprend également un second groupe de modificateurs sous forme de plots 42 qui forment une barrière au niveau de l’interface 12 pour empêcher les particules de se diriger vers l’entrée de fluide filtré du canal de collecte de fluide filtré 6.1. La combinaison des fonctions exercées par l’ensemble des modificateurs permet d’assurer un prélèvement de fluide sans particules à partir de chaque canal de concentration et de pouvoir concentrer de plus en plus le concentrât de particules au fur à mesure de l’écoulement du fluide à travers les canaux de concentration.
[0108] Les formes des modificateurs de surface ne sont pas limitatives. Ils peuvent comprend des plots, des chevrons, des encoches ou une combinaison de ces formes. Selon un exemple de réalisation, les plots s’étendent à partir d’une surface de la paroi interne en direction de la paroi opposée et/ou jusqu’à la surface de la paroi opposée.
[0109] De préférence, les plots présentent une hauteur comprise entre 50 et 500 pm et sont espacés d’une distance comprise entre 10 et 500 pm. Selon un exemple de réalisation, les plots peuvent présenter une hauteur sensiblement égale à la hauteur du canal. Selon un autre exemple de réalisation, les plots peuvent faire une hauteur partielle du canal. [0110] De préférence, les encoches présentent une dimension comprise entre 10 et 250 pm et espacés d’une distance comprise entre 10 et 500 pm. Les encoches peuvent se présenter sous la forme d’une saillie 41 depuis la paroi interne du canal de concentration ou sous la forme d’un creux 40 depuis la paroi interne du canal de positionnement. [0111] La figure 10 illustre schématiquement les différents exemples possibles de modificateurs de surface, sous forme de plots, d’encoches ou de chevrons.
[0112] De préférence, le réseau est dimensionné de sorte qu’au moins 10% en masse des particules ayant un volume compris entre 4.1025 et 7.109 m3, présents dans le fluide à filtrer sont collectés à la sortie du concentrât de particules. [0113] La figure 11 illustre de manière schématique l’architecture générale d’un système de filtration. Le système 300 comprend un bâti 69, lequel comprend au moins un dispositif fluidique de filtration 1. Le système peut comprendre en aval du dispositif de filtration 1 un système de rayonnement ultrasonore pour déterminer la nature du polymère des particules 49, 51 et un système optique 50 configuré pour caractériser les particules présentes dans le fluide en sortie du dispositif de filtration 1. En amont du dispositif de filtration 1 , le système de filtration comprend un système de mesure de température 47 qui permet de mesurer la température du fluide, un système de géolocalisation 48 qui permet de localiser le dispositif de filtration lorsqu’il est en mis en oeuvre dans un milieu naturel, un système de mesure de pH du fluide 56, un régulateur de débit 55 qui permet de contrôler le débit du fluide dans le système de filtration et un régulateur de pression 57. Le régulateur de débit 55 permet d’ajuster le débit de manière à entraîner un débit de fluide dans le système de filtration compris entre 0,1 L.min 1 et 1e8 L.min 1.
[0114] Le régulateur de pression 57 peut commander un débit de fluide par différence de pression à l’intérieur dans le dispositif fluidique. En amont de l’entrée de fluide à filtrer du dispositif, le système comprend un système préfiltration de type filtre membranaire ou filtre centrifuge 42 de manière à laisser uniquement des particules ayant un diamètre adapté pour être filtrer dans le dispositif de filtration.
[0115] Les différentes flèches illustrent le sens des écoulements possibles des fluides dans le système. [0116] De manière avantageuse, le système comprend un système de traitement des particules 43 situé en sortie du dispositif de filtration afin de traiter les particules par une solution enzymatique par exemple.
[0117] De manière avantageuse, le système comprend une valve de sélection 53 en entrée et une valve de sélection 54 en sortie. La valve de sélection 53 permet de contrôler l’entrée de fluide à filtrer 60, l’entrée de solution acide/enzymatique 61 et la sortie de lavage 62. La valve de sélection 54 permet de contrôler la sortie de particules 63, la sortie de solution acide/enzymatique 64, l’entrée du fluide de lavage 65, la sortie de fluide filtré 66, la sortie de solution acide/enzymatique 67 et l’entrée du fluide de lavage 68. Les deux valves de sélection 53, 54 sont adaptés à rediriger les différents fluides en amont et en aval du dispositif fluidique 1 pour permettre une recirculation du fluide.
[0118] De manière avantageuse, le système comprend un système d’asservissement 52 qui permet d’arrêter la filtration en cas de besoin.
[0119] Le système comprend une unité de contrôle qui est reliée électriquement au régulateur de débit, au régulateur de pression, aux valves de sélection. L’unité de contrôle peut être par exemple un ordinateur comprenant un microprocesseur, une mémoire et une unité d’affichage. Les communications de données entre l’unité de contrôle et les composants du système de filtration peuvent être mises en oeuvre par un système de transmission de données sans fil. Les données permettent un contrôle en boucle fermée des recirculations des fluides dans le système.
[0120] En référence à la figure 12, un ensemble de filtration peut comprendre plusieurs dispositifs fluidiques 1. Les différents dispositifs fluidiques 1 peuvent être agencés en parallèles, comme l’illustre la figure 12. L’ensemble peut traiter un fluide à un débit plus élevé qu’un système comprenant un seul dispositif fluidique 1. Dans une forme de réalisation non illustrée, différents dispositifs fluidiques peuvent être reliés en série. Un ensemble peut comprend par exemple entre deux et vingt dispositifs fluidiques, préférentiellement entre trois et dix dispositifs fluidiques.
[0121] La figure 12 illustre schématiquement un système comprenant huit dispositifs fluidiques reliés fluidiquement en parallèle. Un fluide à filtrer comprenant des particules est introduit à l’entrée du système 36. Un réseau de connectiques fluidique relie l’entrée 36 à chacune des entrées des dispositifs 1 . Le fluide filtré est collecté en sortie des dispositifs. Un réseau de connectiques fluidiques permet de relier chacune des sorties de fluide filtré des dispositifs à la sortie 37. Le concentrât de particules est collecté en sortie des dispositifs. Un réseau de connectiques fluidiques permet de relier chacune des sorties de concentrât de particules des dispositifs à la sortie 38.
[0122] Selon un exemple de réalisation, l’ensemble de filtration peut comprendre vingt dispositifs fluidiques qui sont connectés ensemble en parallèle ou en série. Chaque dispositif comprend mille couches fluidiques qui ont un diamètre de 30 cm qui peut fonctionner avec une pression d’entrée à 1 bar et avec un débit de 1 m3/s. Chaque couche comprend soixante unités fluidiques. Chaque unité comprenant seize réseaux. Un tel ensemble fluidique peut traiter un fluide avec un débit de 100 m3/s pour une pression de 10 bars.
[0123] En référence à la figure 13, le procédé 200 de filtration d’un fluide comprenant des particules peut comprendre plusieurs étapes. [0124] Lors d’une étape 201, on fait passer un fluide dans un réseau de canaux microfluidiques 7 à un débit du fluide à filtrer. La vitesse de l’écoulement du fluide ou son débit peuvent être contrôlés par un régulateur de pression. La valeur du débit peut être calculée en fonction de la géométrie des différents canaux du réseau et en fonction de la pression appliquée. Ainsi, on commande un écoulement de fluide dont le débit du fluide à filtrer est compris entre 1m3/s à 100 m3/s. Le débit est choisi de sorte que le nombre de Péclet de la particule dans l’écoulement du fluide parcourant la longueur dudit canal de concentration de particules dans le sens de l’écoulement est compris entre 27.102 et 25.1020. Dans l’étape 201, une différence de pression inférieure à 10 bars entre l’entrée principale et les sorties du dispositif est commandée de manière à entraîner un débit approprié dans ledit dispositif de filtration.
[0125] Lors d’une étape 202, on commande le lavage des canaux microfluidiques comme décrit ci-dessus et illustré sur la figure 11. Selon un mode de réalisation, l’étape de lavage 202 peut être réalisée plusieurs fois pendant le processus de filtration d’un volume donné de fluide à filtrer en interrompant le processus de filtration. Ce lavage régulier permet de maintenir la qualité de filtration du dispositif. Il est ainsi possible d’ajuster le nombre de lavage en fonction du volume de fluide à filtrer.
[0126] Lors d’une étape 203, on fait recirculer le fluide à filtrer dans le dispositif de filtration. La recirculation peut être mise en oeuvre en faisant recirculer le fluide dans le même sens que lors de la première circulation du fluide, ou dans le sens opposé. [0127] Selon un autre mode de réalisation, l’étape de lavage 202 consiste à inverser la direction du flux dans le dispositif de filtration. Pour cela, l’entrée principale de fluide à filtrer est fermée. On inverse le sens de circulation du flux de fluide circulant dans le réseau de filtration. En d’autres termes, on transforme les sorties de fluides filtrés des canaux en entrées de fluide filtré. Ainsi, toutes les particules bloquées dans les canaux de concentration par la présence des modificateurs de surface, par exemple les plots au niveau de la sortie de fluide filtré, sont débloquées sous l’effet du flux de fluide provenant des canaux de collecte de fluide filtré.
[0128] La figure 14A représente une vue agrandie du réseau de filtration de la figure 2, montrant à titre d’exemple le premier canal de positionnement 4.1 , le premier canal de concentration de particules 5.1 , le deuxième canal de concentration de particules 5.2, le premier canal de collecte de fluide filtré 6.1 relié à la sortie de fluide filtré 14S.1 du premier canal de concentration et le deuxième canal de positionnement 4.2 relié à la sortie de concentrât 14S.2 du premier canal de concentration de particules. Pour mettre en oeuvre le lavage du réseau, l’entrée principale de fluide à filtrer est fermée. Le sens du flux de fluide représenté sur la figure 14A par une flèche est inversé de sorte que la sortie de fluide filtré du canal de collecte de fluide filtré est transformée dans le cadre du lavage en entrée de fluide filtré. Sous l’effet du flux de fluide filtré, les particules 10 représentées par des points blancs qui sont piégées dans le canal de concentration 5.1 par la présence des modificateurs de surfaces, par exemple des plots 42, situés au niveau de la sortie de fluide filtré 14S.1 du canal de concentration de particules 5.1 , à l’interface 1.2 entre le cana de concentration de particules 5.1 et le canal de collecte de fluide filtré 6.1 , sont débloquées et sont déplacées en direction du deuxième canal de concentration particules 5.2
[0129] LA figure 14B représente une vue globale du boîtier dans lequel est positionné un empilement de couches 16. Lors de la mise en oeuvre de l’étape du lavage, l’entrée de fluide à filtrer au niveau du connecteur 33 est fermée. Le sens du flux est inversé au niveau du connecteur de sortie de fluide filtré 34 de manière à transformer la sortie de fluide filtré en entrée de fluide filtré afin de nettoyer l’ensemble des réseaux de filtration en débloquant les particules piégées au niveau des plots dans chacun des canaux de concentration et les diriger vers la sortie de contrat de particules.
[0130] Exemple de filtration
[0131] La concentration de microparticule dans un volume d’eau dans un dispositif fluidique de concentration a été mise en oeuvre.
[0132] Afin de faire circuler un volume de 10 L/min dans un dispositif comprenant 480 dispositif fluidique de filtration en limitant la perte de pression à 0.2 bar, la résistance hydraulique générale de chaque dispositif ne doit pas dépasser 2.8e11 Pa.s/m3.
[0133] Une étude de la distribution a qui fractionne le volume fluide entrant en fluide filtré et fluide avec microparticule, en fonction de l’ajout de modificateur de surface a été établie. La distribution a correspond au rapport entre le volume de fluide filtré en sortie du canal de concentration de particules et le volume de concentrât de particules en sortie du canal de concentration de particules. Des dispositifs avec des canaux aux géométries telles que RI/RCG < 100 et RI/RCG > 100 ont été défini. Dans ces canaux, il a ensuite été ajouté un ou deux modificateurs de surfaces, en forme de plot et en forme d’encoche. Lorsque RI/RCG < 100, les variations de la distribution a à chaque branche fluctuent énormément, présentant un écart type de 236%, alors que lorsque RI/RCG > 100, cet écart type est seulement de 25 %. [0134] Une circulation de fluide + microparticules, avec une concentration de 100 microparticules par ml_, a été observée dans un dispositif comprenant huit canaux de collecte de fluide filtré, neuf canaux de positionnement et neuf canaux de concentration dont le dernier qui est un canal de collecte de concentrât référencé 5.9 sur la figure 2 comportant la sortie principale de concentrât de particules, le flux imposé étant de 10.31 mL/min (vitesse 1.2m/s). Dans les canaux de concentrations, trois piliers de 50 microns de diamètre, traversant entièrement le canal, étaient disposés avec une distance de 50 microns entre chacun. Les particules sphériques de dimensions supérieures à 150 microns furent correctement acheminées vers le canal de collecte des microparticules à 100%, alors que les particules de dimensions inférieures à 150 microns ne furent pas correctement acheminées qu’à 75%. Il fut observé que le positionnement des particules de faible diamètre à l’entrée du canal de concentration jouait un rôle crucial pour le bon fonctionnement du dispositif. Lorsqu’une matrice de plots fut ajoutée dans le canal de positionnement, les particules de diamètre compris entre 50 et 150 microns furent correctement dirigées vers le canal de collecte du concentrât. Lorsque la circulation de particules de même volume, mais de forme différentes (sphères, fibres ou feuilles), il fut observé que les agencements de modificateurs de surface qui permettaient l’acheminement des particules sphériques vers le canal de collecte de microparticules ne permettaient pas l’acheminement des microparticules de même volume mais de forme différente. Ainsi, il fut observé que l’acheminement était dépendant du nombre de Péclet de la microparticule, celui-ci lié au volume des particules.
[0135] [Tableau 1]
Figure imgf000028_0001
[0136] Les résultats montrent que les particules qui se présentent sous la forme des fibres ont des mouvements de rotations qui rendaient plus difficile l’acheminement vers le canal de collecte des microparticules. Ces mouvements de rotations sont minimisés par la présence d’un réseau de plots agencés dans le canal de positionnement. Les plots ont ainsi pu orienter les fibres dans l’alignement de l’écoulement du fluide.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif fluidique de filtration (1) adapté à filtrer un fluide d’au moins une particule (10), comprenant au moins un réseau fluidique (7) de canaux microfluidiques, ledit au moins un réseau (7) comprenant : - une entrée principale de fluide à filtrer (7.1 ) reliée à un réseau fluidique de distribution de fluide à filtrer (22);
- une sortie principale de concentrât de particules (7.2) reliée à un réseau de collecte de concentrât de particules (25) ;
- une pluralité de sorties de fluide filtré (7.3) reliées à un réseau de collecte de fluide filtré (26) ;
- une pluralité de canaux de positionnement de particules (4.1 , 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9), chaque canal de positionnement de particules comprenant une entrée de fluide à filtrer et une sortie de fluide à filtrer, l’entrée du premier canal de positionnement parmi la pluralité de canaux de positionnement formant l’entrée principale de fluide à filtrer ; - une pluralité de canaux de concentration de particules (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8,
5.9), chaque canal de concentration de particules s’étendant selon une direction de l’écoulement du fluide à filtrer, chaque canal de concentration comprenant une entrée de fluide à filtrer (14E), au moins une sortie de fluide filtré (14S.1) et une sortie de concentrât de particules (14S.2), la sortie de concentrât de particules du dernier canal de concentration de particules parmi la pluralité de canaux de concentration de particules formant la sortie principale de contrat de particules et la sortie de concentrât de particules des autres canaux de concentration de particules étant en communication fluidique avec l’entrée de fluide à filtrer du canal de positionnement, la sortie de fluide de chaque canal de positionnement de particules étant en communication fluidique avec l’entrée de fluide à filtrer du canal de concentration de particules ;
- une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8), chaque canal de collecte de fluide filtré s’étendant à partir d’un canal de concentration de particules et étant en communication fluidique avec la sortie de fluide filtré (14S.1) dudit canal de concentration de particules ; - chaque canal de positionnement comprenant une pluralité de modificateurs de surface
(40) présents sur la paroi interne du canal de positionnement, lesdits modificateurs étant agencés et configurés pour diriger les particules en direction d’une position de l’entrée du canal de concentration de manière à générer un flux de particules dans le canal de concentration le plus éloigné possible de la sortie de fluide filtré (14S.1) du canal de concentration;
- chaque canal de concentration de particules comprenant une pluralité de modificateurs de surface (41 , 42) présents sur la paroi interne du canal de concentration de particule, la pluralité de modificateurs comprenant un premier groupe de modificateurs agencés et configurés pour éloigner les particules circulant dans le canal de concentration de la sortie (14S.1) et de les diriger en direction de la sortie de concentrât de particules (14S.2) et un second groupe de modificateurs de surface agencés et configurés pour empêcher le passage des particules dans le canal de collecte de fluide filtré en formant une barrière de passage au niveau de la sortie de fluide filtré (14S.1) de sorte que la concentration de particules augmente au fur à mesure de l’écoulement du fluide à travers les canaux de concentration de particules ;
- une structure d’équilibrage des résistances hydrodynamiques (11) configurée de sorte que la résistance hydrodynamique de chacun des canaux de collecte de fluide filtré R, est fonction uniquement de la résistance hydrodynamique Ri et du rapport a entre le volume de fluide filtré et le volume de concentrât de particules en sortie de chacun des canaux de concentration de particules ;
-ladite structure d’équilibrage (11) s’étendant sous la forme d’un canal à partir de la sortie principale de concentrât de particules (7.2, 100.2) du canal de concentration de particules (5.9, 105.10).
[Revendication 2] Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la structure d’équilibrage (11) comprend en outre une pluralité de segment de conduits d’équilibrage de dimensions différentes de manière à répartir la résistance hydrodynamique Ri sur ledit canal de concentration de particules (5.9, 105.10) et l’ensemble des segments de conduits.
[Revendication 3] Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les conduits d’équilibrage sont formés par un ou plusieurs conduits de collecte de concentrât de particules (3, 103).
[Revendication 4] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins un canal de collecte de fluide filtré parmi la pluralité de canaux de collecte de fluide filtré (6.1 , 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8) est prolongé par une pluralité de segments de conduits de répartition de résistance hydrodynamique de dimensions différentes de manière à répartir sa résistance hydrodynamique d’une part sur ledit au moins un canal de collecte de fluide filtré et d’autre part sur ladite pluralité de segments de conduits.
[Revendication 5] Dispositif selon la revendication 4, dans lequel lesdits conduits sont formés par un ou plusieurs conduits de collecte de fluide filtré (8).
[Revendication 6] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la résistance hydrodynamique Ri de la structure d’équilibrage (11) est supérieure à la résistance hydrodynamique RCG la plus grande parmi les RCG du réseau d’un facteur compris entre 5 et 5 000 000, de préférence entre 500 et 100 000, la résistance RCG étant la somme des résistances hydrodynamiques du canal de positionnement et du canal de concentration de particules adjacent, le canal de positionnement étant le canal précédant le canal de concentration par rapport à la direction de l’écoulement du fluide. [Revendication 7] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le canal de collecte de fluide filtré présente une largeur comprise entre 0.1 pm et 1000 pm, une hauteur comprise entre 0.1 pm et 1000 pm et une longueur comprise entre 10 pm et 100 mm.
[Revendication 8] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel ledit au moins un réseau (100) comprend : - une pluralité de canaux de positionnement (104.1, 104.2, 104.3, 104.4, 104.5, 104.6,
104.7, 104.7, 104.8, 104.9) ;
- une pluralité de canaux de concentration de particules (105.1, 105.2, 105.3, 105.4, 105.5,
105.6, 105.7, 105.7, 105.8, 105.9, 105.10) comprenant chacun une entrée de fluide à filtrer (114E ), deux sorties de fluide filtré (114S.1, 114S.2) et une sortie de concentrât de particules (114S.3) ;
- une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré (106.1, 106.2, 106.3, 106.4, 106.5, 106.6,
106.7, 106.7, 106.8, 106.9, 106.10) s’étendant de part et d’autre à partir des canaux de concentration de particules et en communication fluidique avec les deux sorties de fluide filtré (114S.1 , 114S.2) du canal de concentration de particules. [Revendication 9] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit au moins un réseau (7) comprend :
- une pluralité de canaux de concentration de particules (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9) s’étendant selon la direction de l’écoulement du fluide et agencées les uns parallèles aux autres, chacun des canaux de concentration de particules comprenant une entrée (14E), une sortie de concentrât de particules (14S.2) et une sortie de fluide filtré (14S.1) ;
- une pluralité de canaux de collecte de fluide filtré (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8), chaque canal de collecte de fluide filtré s’étendant dans le prolongement d’un canal de concentration de particules et étant en communication fluidique avec ledit canal de concentration de particules; - une pluralité de canaux de positionnement (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9), chaque canal de positionnement mettant en communication fluidique la sortie de concentrât de particules d’un canal de concentration de particules avec l’entrée de concentrât de particules du canal de concentration de particules suivant. [Revendication 10] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les modificateurs de surface comprennent des plots (42), des chevrons et/ou des encoches (41).
[Revendication 11] Dispositif selon la revendication 10, dans lequel lesdits plots s’étendent à partir d’une surface de la paroi interne en direction de la paroi opposée et/ou jusqu’à la surface de la paroi opposée.
[Revendication 12] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 11 , comprenant une pluralité de réseaux (7, 100) organisés selon une symétrie radiale autour d’un conduit (2) de distribution de fluide à filtrer pour former une unité microfluidique (30). [Revendication 13] Dispositif selon la revendication 12, comprenant un empilement de couches (16) comprenant chacune une pluralité d’unités microfluidiques (30), une extrémité de l’empilement comprenant un réseau de distribution de fluide (22) et l’autre extrémité de l’empilement comprenant un réseau de collecte de fluide filtré (26) et un réseau de collecte de concentrât de particules (25), ledit conduit de distribution de fluide à filtrer (2) de chaque unité fluidique traversant la pluralité des couches pour alimenter l’entrée principale de fluide à filtrer de l’ensemble des réseaux formant l’unité microfluidique.
[Revendication 14] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel ledit au moins un réseau est dimensionné de sorte qu’au moins 10% en masse des particules ayant un volume compris entre 4.1025 et 7.109 m3, présents dans le fluide à filtrer sont collectés à la sortie du concentrât de particules.
[Revendication 15] Ensemble de filtration adapté à filtrer un fluide d’au moins une particule, comprenant une pluralité de dispositifs fluidiques (1) selon l’une des revendications 1 à 14, lesdits réseaux étant reliés fluidiquement en série et/ou en parallèle.
[Revendication 16] Ensemble selon la revendication 15, comprenant vingt dispositifs fluidiques (1), chacun des dispositifs formant un empilement de mille couches présentant un diamètre de 30 cm, chacune des couches comportant soixante unités fluidiques (30), chacune des unités (30) comportant seize réseaux organisés selon une symétrie radiale autour d’un conduit (2) de distribution de fluide à filtrer apte à circuler avec un débit de 100m3/s pour une pression de 10 bars. [Revendication 17] Système de filtration (300) comprenant :
- au moins un dispositif de filtration (1) selon l’une des revendications 1 à 14;
- un système de mesure de température du fluide (47) ;
- un système de mesure de pH du fluide (56);
- un système de géolocalisation (48); - un système de localisation de fuite ou d’obstruction configuré pour générer un signal d’alarme en cas de fuite ;
- un régulateur de pression (57) ;
- un régulateur de débit (55);
- un système optique configuré pour caractériser les particules (50) ; - un système de rayonnement ultrasonore et/ou infrarouge (49,51 ) pour déterminer la nature du polymère des particules;
- un système d’asservissement (52) pour arrêter le dispositif de filtration ;
- un système préfiltration de type filtre membranaire ou filtre centrifuge (42);
- un système de traitement des particules par méthode enzymatique, chimique ou physique (43) ;
- un système de transmission de données sans fil ;
- un système de purge et/ou de nettoyage.
[Revendication 18] Procédé de filtration (200) adapté à filtrer un fluide d’au moins une particule en mettant en oeuvre le dispositif selon l’une des revendications 1 à 14, comprenant :
- une étape (201) dans laquelle on fait passer le fluide dans ledit au moins un réseau de filtration (7) avec un débit du fluide à filtrer compris entre 0,01 m3/s à 100 m3/s, ledit débit étant tel que le nombre de Péclet de la particule dans l’écoulement du fluide parcourant la longueur dudit canal de concentration de particules dans le sens de l’écoulement est compris entre 1.102 et 1.1020 ; et
- on assure une différence de pression entre l’entrée principale et les sorties du dispositif de manière à entraîner ledit débit dans ledit dispositif de filtration, la différence de pression étant inférieure à 10 bar.
[Revendication 19] Procédé selon la revendication 18, comprenant en outre après l’étape de filtration (201 ), une étape de lavage (202) dans laquelle on fait passer un fluide de lavage des canaux formant le réseau microfluidique, en fermant l’entrée principale de fluide à filtrer (7.1 , 33), et en inversant le sens du flux de fluide circulant dans ledit au moins un réseau de filtration en transformant les sorties de fluides filtrés (7.3, 34) en entrées de fluide filtré.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080023399A1 (en) * 2006-06-01 2008-01-31 Inglis David W Apparatus and method for continuous particle separation
EP3318328A1 (fr) * 2016-11-07 2018-05-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Equipement de tri de particules présentes dans un échantillon fluidique
US20200110020A1 (en) * 2018-10-03 2020-04-09 Verily Life Sciences Llc Systems and methods for maintaining constant volumetric flow rates in a fluid channel
US20200156072A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-21 Bor-Ran LI Microfluidic chip for sorting sperm and sperm sorting method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080023399A1 (en) * 2006-06-01 2008-01-31 Inglis David W Apparatus and method for continuous particle separation
EP3318328A1 (fr) * 2016-11-07 2018-05-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Equipement de tri de particules présentes dans un échantillon fluidique
US20200110020A1 (en) * 2018-10-03 2020-04-09 Verily Life Sciences Llc Systems and methods for maintaining constant volumetric flow rates in a fluid channel
US20200156072A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-21 Bor-Ran LI Microfluidic chip for sorting sperm and sperm sorting method

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