Brevet FR2948927A1 — publié le 20110211

L'objet de l'invention concerne le domaine technique de la fabrication de microsystèmes intégrant un élément d'interposition entre deux orifices. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse notamment dans le domaine des microsystèmes fluidiques de type lab-on-chip analytique comportant des fonctions de préparation et d'analyse de solutions chimiques ou biologiques avec des applications dans les domaines de la santé de l'environnement ou de la pharmacologie. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusivement par exemple dans le filtrage moléculaire en amont des systèmes séparatifs électrophorétiques ou électrochromatographiques, dans des systèmes séparatifs électrophorétiques ou électrochromatographiques équipés d'un système optique par absorption, dans des microsystèmes séparatifs isotachophorétiques pour la polarisation électrique des solutions, dans des microsystèmes de type immunoessais dont les canaux sont remplis de particules fonctionnalisées. Dans le domaine des microsystèmes fluidiques, il apparaît le besoin d'incorporer au moins une membrane de séparation afin de réaliser différentes fonctions telles que le filtrage moléculaire, le contact électrique ou le remplissage de canaux. D'une manière générale, l'implantation d'une membrane de séparation à l'intérieur d'un microsystème constitue une opération difficile à mener à bien. Dans l'état de la technique, il est connu de réaliser deux demi-blocs dont la face principale de chaque demi-bloc est pourvue d'un canal s'étendant selon une direction privilégiée. Les demi-blocs sont destinés à être assemblés ensemble avec l'interposition entre les faces équipées des canaux, d'une membrane de séparation. Les demi-blocs sont assemblés ensemble de manière que les canaux s'étendent dans des directions perpendiculaires entre elles. Il est ainsi réalisé un microsystème fluidique comportant une membrane de séparation entre deux canaux. Cette technique d'implantation d'une membrane de séparation à l'intérieur d'un microsystème fluidique ne donne pas satisfaction en pratique dans la mesure où il n'apparaît pas possible de garantir un montage correct de la membrane sans risque de dégradation de cette dernière, notamment lors de l'assemblage des demi-blocs par collage ou soudage à chaud. Par ailleurs, il s'avère difficile de maîtriser les caractéristiques géométriques et l'étanchéité d'un tel montage. De plus, une telle solution n'offre pas la possibilité de changer la membrane de séparation. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un nouveau microsystème permettant d'implanter de manière amovible un élément d'interposition entre deux orifices d'un circuit. Un autre objet de l'invention est de proposer un microsystème intégrant un élément de séparation et présentant un positionnement précis entre les orifices séparés par l'élément de séparation. Pour atteindre un tel objectif, l'invention concerne un microsystème comportant dans un corps, au moins un élément d'interposition entre au moins un premier orifice et un deuxième orifice faisant partie d'un microcircuit, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de montage amovible de l'élément d'interposition, comportant un embout tubulaire vissé dans le corps du microsystème pour plaquer l'élément d'interposition devant le premier orifice aménagé dans le corps du microsystème, l'embout étant pourvu d'un deuxième orifice débouchant à la partie terminale de l'embout, en étant aligné avec le premier orifice. Selon une variante préférée de réalisation, l'embout comporte une partie filetée prolongée en direction de la partie terminale, par une portée cylindrique de centrage adaptée pour coopérer avec un alésage borgne aménagé dans le corps du microsystème, l'alésage borgne présentant un fond dans lequel débouche le premier orifice. Avantageusement, la portée cylindrique et l'alésage borgne coopèrent entre eux selon un ajustement tandis que les premier et deuxième orifices sont centrés respectivement par rapport à l'alésage borgne et à la portée cylindrique. De préférence, l'alésage borgne aménagé dans le corps du microsystème possède un fond plat de réception de l'élément d'interposition. Avantageusement, la partie terminale de l'embout comporte une face transversale d'appui pour l'élément d'interposition, cette face transversale d'appui bordant la portée cylindrique. Selon une variante préférée de réalisation, le deuxième orifice débouche au centre de la face transversale d'appui qui possède un profil conique dont le sommet est situé au centre de la face de manière à assurer un appui localisé sur l'élément d'interposition autour du premier orifice. Par exemple, l'embout comporte une partie de préhension prolongeant la partie filetée en direction opposée de la partie terminale. Selon un exemple d'application, l'élément d'interposition est une membrane de séparation interposée dans un microcircuit de circulation fluidique. Selon un autre exemple d'application, l'élément d'interposition est un diaphragme interposé dans un microcircuit d'un flux lumineux. Avantageusement, le diaphragme est maintenu en position au fond de l'alésage borgne, avec les orifices centrés sur un canal dans lequel circule un fluide. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue en coupe élévation d'un exemple de réalisation d'un microsystème fluidique conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue en coupe élévation montrant un dispositif de montage amovible conforme à l'invention pour un microsystème. La Figure 3 est une vue en coupe élévation d'un exemple de réalisation d'un microsystème avec détection optique. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 1 et 2, l'objet de l'invention concerne un microsystème I équipé d'au moins un dispositif de montage 1 d'un élément d'interposition 2 dans un microcircuit. Dans l'exemple de réalisation illustré à la Fig. 1, le microsystème I comporte un microcircuit de circulation d'un fluide dans lequel est monté en tant qu'élément d'interposition 2, une membrane de séparation. Typiquement, la membrane de séparation 2 présente des pores de dimensions nanométriques. Dans l'exemple illustré, le microsystème fluidique 1 comporte un corps 5 par exemple en polymère dans lequel est aménagé un alésage borgne 6 s'ouvrant sur une face principale 7 du corps 5. L'alésage borgne 6 présente une forme cylindrique de section droite transversale circulaire. L'alésage borgne 6 comporte un fond 8 de préférence plat dans lequel débouche un premier conduit ou canal 3 par l'intermédiaire d'un premier orifice 4. Cet alésage borgne 6 présente sur au moins une partie de sa hauteur un taraudage 11 qui, dans l'exemple illustré, est réalisé jusqu'à la face principale 7 du corps 5. Le microsystème fluidique I selon l'invention comporte au moins un dispositif 1 de montage amovible de la membrane de séparation 2 dans le corps 5. Ce dispositif de montage 1 comporte un embout tubulaire 16 vissé dans le corps 5 du microsystème 1 afin de plaquer la membrane 2 devant le premier orifice 4 du conduit 3. L'embout 16 comporte ainsi une partie filetée 17 adaptée pour coopérer avec le taraudage 11 de l'alésage borgne 6. L'embout tubulaire 16 délimite un alésage interne 18 formant un canal ou conduit communiquant avec un deuxième orifice 19 débouchant dans la partie terminale 20 de l'embout tubulaire 16. Le conduit 18 du dispositif de montage 1 associé à son orifice 19 et le conduit 3 aménagé dans le corps 5 associé à son orifice 4 forment ensemble un microcircuit dans lequel est interposée la membrane 2. Ainsi, la membrane 2 est interposée entre les orifices 4 et 19 des conduits respectivement 18 et 3. De préférence, les premier 4 et deuxième 19 orifices présentent un diamètre de passage identique. Bien entendu, le conduit 18 du dispositif de montage 1 et/ou le conduit 3 du corps 5 peuvent être reliés à divers systèmes fluidiques. De préférence, l'embout tubulaire 16 comporte une partie de préhension 21 prolongeant la partie filetée 17 en direction opposée de la partie terminale 20. Cette partie de préhension 21 peut être équipée de tous moyens facilitant la manoeuvre de l'embout tubulaire 16 lors des opérations de vissage et de dévissage. Selon une caractéristique préférée de réalisation, l'embout tubulaire 16 comporte une portée cylindrique de centrage 24 prolongeant en direction de la partie terminale 20, la partie filetée 17. Cette portée cylindrique de centrage 24 est adaptée pour coopérer avec l'alésage borgne 6. Dans l'exemple illustré, la partie cylindrique de centrage 24 présente une section droite transversale circulaire. Avantageusement, la portée de centrage 24 et l'alésage borgne 6 présentent un ajustement adapté pour permettre le guidage précis en coulissement de l'embout tubulaire 16 avec un minimum de jeu. De préférence, le premier orifice 4 est centré par rapport à l'alésage borgne 6 tandis que le deuxième orifice 19 est centré par rapport à la portée cylindrique 24. Compte tenu du centrage de l'embout tubulaire 16 dans l'alésage borgne 6 du corps 5, il s'ensuit que les orifices 4 et 19 sont alignés et parfaitement concentriques. Selon une caractéristique préférée de réalisation, la partie terminale 20 de l'embout forme une face transversale d'appui pour la membrane de séparation 2. Tel que cela ressort de la Fig. 2, la face transversale d'appui 20 borde ou délimite la portée cylindrique 24. Le deuxième orifice 19 débouche au centre de la face transversale d'appui 20. Selon une variante préférée de réalisation, la face transversale d'appui 20 de l'embout tubulaire 16 possède un profil conique dont le sommet est situé au centre de la face transversale d'appui. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 1, la face transversale 20 de l'embout tubulaire 16 est apte à assurer un appui localisé sur la membrane de séparation 2 autour du premier orifice 19. Il peut être ainsi obtenu une étanchéité parfaite entre le corps 5 et l'embout tubulaire 16 et un alignement parfait entre les deux orifices 19, 4. Le microcircuit ne comporte donc pas d'élargissement au niveau de la membrane 2, ce qui permet de conserver un diamètre de passage constant et maîtrisé entre les orifices 4, 19. Il est à considérer que le montage de la membrane de séparation 2 par le dispositif 1 peut intervenir lors de la dernière phase de fabrication du microsystème évitant une dégradation de la membrane de séparation 2 qui est en général très fragile. Un tel montage permet d'obtenir un volume mort négligeable par rapport aux dimensions des orifices 4, 19, de faible diamètre, typiquement compris entre 30 .im et 100 gym. L'étanchéité obtenue peut résister à plusieurs bars de pression et la membrane de séparation 2 peut être très facilement remplacée par le simple dévissage du dispositif de montage 1. Le dispositif de montage 1 selon l'invention permet d'intégrer et de changer une membrane de séparation 2 dans de nombreuses applications des microsystèmes fluidiques. En effet, le développement des microsystèmes fluidiques suivant le concept de Lab and Chip (Laboratoire sur puce) consiste à intégrer un maximum de fonctions dans le microsystème, par exemple, pour réaliser une analyse chimique d'une solution avec des étapes de préparations. Parmi ces fonctions, certaines nécessitent l'utilisation de membranes, par exemple pour filtrer les solutions, pour réduire la complexité des solutions. Ces membranes peuvent permettre de concentrer la solution par filtrage moléculaire. D'autres membranes laissent passer un courant électrique, mais bloquent les déplacements de liquide (Nafion). Il est ainsi possible de polariser un liquide sans l'apparition de bulle de gaz comme c'est le cas avec des contacts métalliques où il y a électrolyse du liquide. Les membranes peuvent également servir à remplir des canaux avec des micro ou nano particules pour être utilisées comme phase stationnaire pour les microsystèmes d'analyse séparatifs. Dans les exemples qui précèdent, il a été décrit le montage d'une membrane de séparation 2 dans un microcircuit de circulation d'un fluide (gaz ou liquide). La Fig. 3 illustre un autre exemple d'application du dispositif de montage 1 pour intégrer, en tant qu'élément d'interposition 2, un diaphragme dans le cadre d'un microsystème de détection optique d'absorption. Dans cet exemple, les orifices 4 et 19 sont centrés sur un canal 25 dans lequel circule un fluide. Le canal 25 est donc aménagé pour s'étendre entre les orifices 4 et 19. Les orifices 4 et 19 assurent le passage d'un flux lumineux amené par des fibres optiques 26, 27 montées respectivement dans le canal 3 aménagé dans le corps 5 et dans l'alésage 18 du dispositif de montage 1. Le diaphragme 2 est donc maintenu en position à l'aide du dispositif de montage 1, au fond de l'alésage borgne 6. Le dispositif de montage 1 selon l'invention permet ainsi d'interposer un diaphragme 2 entre une source lumineuse et un canal fluidique 25 d'un microsystème afin de collimater le flux lumineux dans le canal 25. Un tel montage permet, par exemple, l'analyse par absorption lumineuse de la composition chimique ou biologique de la solution présente dans le canal 25. Le diaphragme 2 est indispensable pour obtenir une bonne sensibilité de détection en éliminant les rayons lumineux passant de part et d'autre du canal 25 et conduisant à un signal parasite. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS1- Microsystème comportant dans un corps (5), au moins un élément d'interposition (2) entre au moins un premier orifice (4) et un deuxième orifice (19) faisant partie d'un microcircuit, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de montage amovible (1) de l'élément d'interposition (2), comportant un embout tubulaire (16) vissé dans le corps (5) du microsystème pour plaquer l'élément d'interposition (2) devant le premier orifice (4) aménagé dans le corps (5) du microsystème, l'embout (16) étant pourvu d'un deuxième orifice (19) débouchant à la partie terminale (20) de l'embout, en étant aligné avec le premier orifice (4). 2 - Microsystème selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embout (16) comporte une partie filetée (17) prolongée en direction de la partie terminale (20), par une portée cylindrique de centrage (24) adaptée pour coopérer avec un alésage borgne (6) aménagé dans le corps (5) du microsystème, l'alésage borgne (6) présentant un fond (8) dans lequel débouche le premier orifice (4). 3 - Microsystème selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portée cylindrique (24) et l'alésage borgne (6) coopèrent entre eux selon un ajustement tandis que les premier (4) et deuxième (19) orifices sont centrés respectivement par rapport à l'alésage borgne (6) et à la portée cylindrique (24). 4 - Microsystème selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'alésage borgne (6) aménagé dans le corps (5) du microsystème possède un fond plat (8) de réception de l'élément d'interposition (2). 5 - Microsystème selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie terminale (20) de l'embout comporte une face transversale d'appui (20) pour l'élément d'interposition (2), cette face transversale d'appui (20) bordant la portée cylindrique (24). 6 - Microsystème selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième orifice (19) débouche au centre de la face transversale d'appui (20) qui possède un profil conique dont le sommet est situé aucentre de la face de manière à assurer un appui localisé sur l'élément d'interposition (2) autour du premier orifice (4). 7 - Microsystème selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'embout (16) comporte une partie de préhension (21) prolongeant la partie filetée (1.7) en direction opposée de la partie terminale (20). 8 - Microsystème selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément d'interposition (2) est une membrane de séparation interposée dans un microcircuit de circulation fluidique. 9 - Microsystème selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément d'interposition (2) est un diaphragme interposé dans un microcircuit d'un flux lumineux. 10 - Microsystème selon la revendication 9, caractérisé en ce que le diaphragme (2) est maintenu en position au fond de l'alésage borgne (6), avec les orifices (4, 19) centrés sur un canal (25) dans lequel circule un fluide.