Brevet FR2806164A1 — publié le 20010914

présente invention concerne des dispositifs de sondes chimiques et biochimiques à base de fibres, filaments et/ou fils et billes fonctionnelles, et une méthode pour les fabriquer. Plus particulièrement, la présente invention concerne l'intégration de billes fonctionnelles et de fibres, filaments et/ou fils textiles pour créer des dispositifs à capteurs chimique et/ou biochimiques. La biotechnologie bénéficie des techniques de industrie électronique, en particulier de celles liées à la fabrication de composantes sur silicium. Des réseaux de capteurs sont ainsi miniaturisés sur des substrats, en particulier sur des galettes de silicium, en utilisant les techniques de lithographie. Ce type de capteurs est souvent appelé bio- puce . Mais la lithographie est coûteuse et nécessite substrat extrêmement plat. Elle est aussi naturellement limité dans l'étendue spatiale à laquelle elle peut être appliquée. La lithographie nécessite substrat rigide ce qui limite son utilisation sur des supports flexibles et la fabrication de structures qui ne sont pas planes. Les substrats traditionnels, comme le silicium, sont en plus fragiles. De plus chaque nouveau capteur nécessite le développement de compatibilités nouvelles avec les procédés d'assemblage et de fabrication. dispositifs selon la présente invention permettent de remédier à ces inconvénients. Ils comportent en effet selon une première caractéristique des billes, aussi appelées perles, fonctionnelles montées sur un tissu textile qui éliminent la nécessité de lithographie dans la fabrication de réseaux de capteurs. Ces billes peuvent être des éléments de capteurs et de circuits reliées entre elles par la matrice de fibres conductrices, semi conductrices et/ou isolantes sous-jacent du textile formant ainsi des dispositifs intégrés à simple ou multiple fonctions. Les billes peuvent être fabriqués à part dans la forme, la composition et la fonctionnalités désirées et ensuite assemblées dans la matrice du textile pour créer le dispositif. Ceci diminue les problèmes de compatibilité et introduit une très grande flexibilité dans l'assemblage puisque la présente invention permet la combinaison de billes variées dans la même matrice pour obtenir des dispositifs avec les fonctionnalités voulues. Un autre avantage de la présente invention est que l'intégration de billes ayant de nouvelles fonctionnalités et/ou composées de matériaux nouveaux ne nécessite pas de changer le procédé d'assemblage. Encore un autre avantage de la présente invention est que la fabrication des dispositifs peut être continue et physiquement étendue. Encore un autre avantage de l'invention est qu'il permet sonder continuellement un flux liquide ou gazeux puisque le dispositif peut être perméable aux substances liquides et gazeuses. Un but de la présente invention est de fournir une méthode sans lithographie pour produire des capteurs et/ou réseaux de capteurs sous forme de textile à billes. Un autre but de l'invention est de créer un dispositif capable de détecter sélectivement la présence d'éléments chimiques, composés chimiques et/ou biochimiques. autre but de l'invention est de fournir des circuits capteurs étendues mécaniquement flexibles et résistants. autre but de l'invention est de pouvoir créer dans même matrice textile des zones ayant des capteurs avec des fonctionnalités différentes. Les différents capteurs et composantes électroniques necessaires au dispositif peuvent être continuellement juxtaposés. Un autre but est de créer des composantes et des dispositifs fonctionnels par l'intégration de billes et de textiles. Selon des modes particuliers de réalisation - les billes peuvent être difformes et/ou de formes sphériques, ovales, cylindriques, polyédriques, concaves, convexes, et/ou toutes combinaisons de ces formes. - les billes peuvent comporter aucun trou ou être percées ou plusieurs trous. Les fibres, filaments et/ou fils du textiles peuvent passer à travers les trous et/ou autour des billes dans l'assemblage du dispositif. les billes, fibres, filaments et/ou fils, peuvent être des conducteurs, semi-conducteurs, et/ou isolants. Ils peuvent être aussi composés d'éléments et/ou zones conducteurs, semi-conducteurs, et/ou isolants. Ils peuvent être composés d'éléments et/ou de matériaux organiques, inorganiques et biologiques. Les billes, fibres, filaments et/ou fils la présente invention peuvent comporter de divers zones de compositions et fonctionnalités différentes. les fibres, filaments et/ou fils du dispositif peut être des fibres optiques. la matrice du textile peut comporter des zones ayant des billes et des zones sans billes. La fonctionnalité des billes peut varier de bille en bille et/ou de zone en zone. - les fibres, filaments et/ou fils du dispositif peuvent former un réseau périodique et/ou ne former aucune organisation périodique particulière. - l'ensemble du dispositif selon l'invention peut être plan, courbe, multicouches, et toute autre forme utile pour son usage. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente une vue plane d'une portion du dispositif selon l'invention comprenant des billes reliées entre elles par les filaments du textile. La figure 2 représente une vue plane d'une portion d'une variante du dispositif de l'invention comprenant des billes reliées entre elles par les filaments du textile. La figure 3 représente une vue plane d'une portion d'une variante du dispositif selon l'invention comprenant des billes reliées entre elles par les filaments du textile. La figure 4 représente une vue plane d'une portion d'une variante du dispositif selon l'invention comprenant des billes reliées entre elles les filaments textile. En 'férence à ces dessins, la figure 1 illustre une vue plane simplifiée du dispositif dans lequel des billes capteurs (1) sont enfilées les filaments (2) (filaments horizontaux dans la figure 1) et (3) (filaments verticaux dans la figure 1) du textile formant une grille ou matrice bi- dimensionnelle. Dans une variante de l'invention, les filaments (2) et (3) peuvent être conducteurs de telle manière que toute variation dans la conductivité d'une bille peut être détecté par une variation de courant entre une paire unique de filaments. Dans cette variante, la présence d'une substance chimique ou biochimique induit un changement la conductivité, la charge électrique et/ou la capacité électrique d'une ou plusieurs billes. Dans une autre variante les filaments (2) et (3) sont des fibres optiques et la présence d'une substance chimique ou biochimique induit une variation de la fluorescence au niveau d'une ou plusieurs billes. La fluorescence au niveau d'une bille est détectée par la paire unique de fibres optiques qui se croisent à la bille. Dans les deux variantes lorsque chaque bille de la matrice détecte sélectivement une substance chimique ou biochimique différente, le dispositif permet de faire une analyse détaillée des substances présentes. Le dispositif selon l'invention permet aussi de sonder continuellement la distribution spatiale dans le plan de substances chimiques et/ou biochimiques. Le dispositif de capteurs selon l'invention est naturellement flexible et mécaniquement résistant. Dans la figure 1 le dispositif est illustré par une matrice de trente six billes mais il n'est pas limité à ce nombre de billes. Le dispositif selon l'invention peut comporter un mélange de fibres optiques et de filaments conducteurs, semi-conducteurs et/ou isolants pour détecter la présence de substances chimiques et/ou biochimiques sur les capteurs. La figure 2 illustre une vue plane simplifiée d'une variante du dispositif selon l'invention, décrite dans la figure 1, caractérise en ce que les billes sont des capteurs de forme caténoide (4) qui sont enfilées par les filaments (2) mais pas par les filaments (3). Les filaments ( ) passent en- dessous au-dessus de chaque bille successive dans la partie concave des billes pour former le textile et faire contact avec les billes (4). figure 3 illustre une vue plane simplifiée d'une variante du dispositif selon l'invention caractérisé en ce qu'il comporte des billes de formes et/ou de fonctionnalités différentes (4) et (5) qui sont enfilées sur les filaments (2). Les filaments (3) sont en contact avec les billes (4). Les billes (4) et (5) peuvent être des capteurs ou des éléments de circuits pour faire fonctionner le dispositif. Les billes ainsi que les éléments de circuits peuvent comporter des zones conductrices, semi-conductrices et/ou isolantes. figure 4 illustre une vue plane simplifiée d'une variante du dispositif selon l'invention caractérisé en ce que des billes sont enfilées sur les filaments des deux axes du textile avant que celui-ci soit tissé. Dans cette illustration, les billes (4) et (5) sont enfilées sur les filaments (2) et les billes ( ) sont enfilées sur les filaments (3). Les billes (4), (5) et (6) peuvent être des capteurs ou des éléments de circuits pour faire fonctionner le dispositif. Les billes ainsi que les éléments de circuits peuvent comporter des zones conductrices, semi-conductrices et/ou isolantes. A titre d'exemple non limitatif, les fibres, filaments et/ou fils du textile du dispositif auront des diamètres de l'ordre de 10 micromètres, et les billes auront des diamètres de l'ordre de 30 micromètres et/ou des longueurs et des largeurs de l'ordre de 30 micromètres. A titre d'exemple non limitatif, les matériaux conducteurs du dispositif selon l'invention peuvent être des métaux comme le cuivre, argent, l'or, l'acier, l'étain, le chrome, le nickel, le cobalt, des polymères organiques, de l'oxyde de tin (Sn0), de l'oxyde d'indium (In0) et de l'oxyde de tin et d'indium. A titre d'exemple non limitatif, les matériaux semi-conducteurs du dispositif selon l'invention peuvent être le silicium dopé, l'arséniure de gallium, des polymères et composés organiques. A titre d'exemple non limitatif, les matériaux isolants du dispositif selon l'invention peuvent être du verre, du quartz, des polymères, oxydes de métaux et/ou des composés organiques. A titre d'exemple non limitatif, l'ensemble du dispositif comportant matrice de textile avec les billes peut être plan, courbe et tout autre formes utiles. Le dispositif selon l'invention est un outil de diagnostic et d'analyse substances chimiques et/ou biochimiques particulièrement destiné à l'industrie chimique, pharmaceutique, médicale et/ou agroalimentaire. REVENDICATIONS 1) Dispositif de sondes et/ou capteurs chimiques et/ou biochimiques caractérisé en ce qu'il comporte des billes fonctionnelles, dont certaines ou toutes sont sensibles à la présence de substances chimiques et/ou biochimiques, qui sont reliés à des fibres, filaments et/ou fils qui forment le circuit permettant de détecter l'action des substances chimiques et/ou biochimiques sur les billes. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres, filaments et/ou fils forment un réseau textile. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres, filaments et/ou fils forment un réseau textile orthogonal. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les billes fonctionnelles, ou une partie des billes fonctionnelles, sont enfilées sur les fibres, filaments et/ou fils. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres filaments et/ou fils sont des conducteurs, semi-conducteurs et/ou isolants. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres filaments et/ou fils sont des fibres optiques. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la présence du substances chimiques et/ou biochimiques se détectent par une variation de la fluorescence au niveau des billes fonctionnelles. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la présence du substances chimiques et/ou biochimiques se détectent par une variation de conductivité de charge et/ou de capacité électrique. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres, filaments et/ou fils sont une combinaison de conducteurs, semi-conducteurs et/ou isolants des fibres optiques. Dispositif selon la revendication 1 caractérise en ce que certaines billes sont ou ont des éléments conducteurs, semi-conducteurs et/ou isolants. 1 ) Dispositif selon la revendication 2 caractérise en ce que les billes fonctionnelles, ou une partie des billes fonctionnelles, sont enfilées sur les fibres, filaments et/ou fils. 12) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les fibres, filaments et/ou fils sont des conducteurs, semi-conducteurs et/ou isolants. 13) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les fibres, filaments et/ou fils sont des fibres optiques. 14) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la présence du substances chimiques et/ou biochimiques se détectent par une variation de la fluorescence au niveau des billes fonctionnelles. 15) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la présence du substances chimiques et/ou biochimiques se détectent par une variation de conductivité, de charge et/ou de capacité électrique. 16) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les fibres, filaments et/ou fils sont une combinaison de conducteurs, semi-conducteurs et/ou isolants et des fibres optiques. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que certaines billes sont ou ont des éléments conducteurs, semi-conducteurs et/ou isolants. Une méthode de fabrication de sondes et/ou capteurs chimiques et/ou biochimiques caractérisé en qu'il comporte des billes fonctionnelles, dont certaines ou toutes sont sensibles à la présence de substances chimiques et/ou biochimiques, qui sont reliés à des fibres, filaments et/ou fils. 19) Une méthode de fabrication de sondes et/ou capteurs chimiques et/ou biochimiques caractérisé en qu'il comporte des billes fonctionnelles, dont certaines ou toutes sont sensibles à la présence de substances chimiques et/ou biochimiques, qui sont reliés à un réseau textile de fibres, filaments et/ou fils.