Brevet FR3064621A1 — publié le 20181005

DISPOSITIF MICROFLUIDIQUE DOMAINE TECHNIQUE Lc - .-ent exposé ccr,car lositfmicrofluidique. Un peut s desd(1-T-,,;:nes technologiques tels que e de :iles ( de mar, biologiques, les b. r: crie les applice_ iese chi ou la ;que. ARF,',IERE PLAN 10 Denr. ler dol mes lues pré(j - des s rHns de produji .d.o,nt le vc isae rricroldre eu crus ..Je encore. Les (.s.Forrifs olts leaceiiier rr:tesii tiiifei VO,q1.11-1e, tJ'j rnnuec sa a r',Cp C é 15 les :5 J5 maFircc e , rte 3 mercis nec,: vent uer de façon autontieeiziée eifeeieeteie,ii A titre ciexomnic, C4 - eeicentilion. ,errrie..4.. sur en échantillon te quurie goutte de 1:-ibuée :jans de- reicroecreces. d'effectuer un prétraitement de l'échantillon (par exemp[e une lyse ou rc")5 preecterreinees cc raide ne (euh luminescence, iesonaric.::e peser-ici condi. j(11 \»té, e néca'nétrie champ acteurs, micncecv cceiteite eseration lecuies ',type; CPI:CWC: fluoresceitice' , de électreceircicme e.g. . que nsslx..)n.:.; J effet de d'ADN it Drc.)teine)., eveltue!lerne er-t. (eh rsrn.0 erinchisseccent ou détection r.),---aJons 'L(Aes nue a:iulyse d'ADN. le, tri c.nik.!Fiire, la sy iithèee de composés chimiqu :urificat u: 'enrit-:,;: 1 i ,èces actions de transport de ch cLe le refroidissement ce 30 le ci-:.:Hri. 1. cle..7.; iesticiiiiicc ilenipiii.icailon diacides nucléiques, sont r us;]:e E..`.-', 2 cc te5,3 d1SpOSWiS irrRC;r0fiiiidig :._ dispositifs ''uidiou ans le document de ces représente sur la figure 1 -ocanal relié à un réservor ediaire docume s, )mprend 3064621 2 conduit. Le réservoir est une enceinte contenant un produit liquide à distribuer dans le microdanai. Un circuit de gaz traverse le réservoir. Ce circuit comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens de circulation du gaz, une source de pression (e.g. une pompe ou une bouteille de gaz comprimé), une branche d'entrée raccordée à la source de pression, le réservoir et une branche de sortie. Une électrovanne proportionnelle est disposée dans la branche d'entrée afin de réguler le débit de gaz provenant de la source de pression et allant dans le réservoir. Une vanne a pointeau est disposée dans la branche de sortie afin de contrôler le débit de gaz quittant le réservoir. En réglant l'ouverture des vannes, il est possible d'établir un écoulement de gaz contrôlé dans le réservoir. En particulier, l'électrovanne est reliée à un système de régulation permettant de contrôler l'ouverture de celle-ci en fonction d'une information de pression délivrée par un capteur de pression mesurant la pression du gaz dans le réservoir. Il est ainsi possible de contrôler de manière dynamique la pression du gaz dans le réservoir et de contrôler le débit du produit dans le microcanal, ce débit dépendant de la pression exercée dans le réservoir par le gaz sur le produit. Bien qu'étant globalement satisfaisant, un tel dispositif présente certains inconvénients. En particulier, il peut être difficile de trouver un bon compromis entre une bonne dynamique de réponse en pression, une bonne stabilité en pression, une faible consommation en air ( s exemples l'invention. est toHfsn que ri nven..on d usses La FEH 1 représsEn un premier exem Dositif microfluidiqt..:'..n Le dispositif 1 comprend un microcanal 2 relié, à une extrémité 3, à une s(),...rr de sion 4 et, à l'autre extrémit, ,5 un réservoir 6 par l'intermédiaire d'un conduit 7. Le réservoir 6 contient un pr,- . liquide dans cet exemple, à distribuer dans 3064621 10 le microcanal 2. Le réservoir 6 communique, d'une part, avec un conduit 13 appartenant à une première branche 10, ou branche d'entrée, d'un circuit 8 et, d'autre part, avec un conduit 23 appartenant à une deuxième branche 20, o branche de sortie, du circuit 8. La première branche 10 est raccordée à une première source de pression 9. Cette source de pression 9 est, par exemple, une pompe (comme représenté sur la FIG 1) ou une bouteille de gaz comprimé (e.g. de l'azote) associée à un manodétendeur (non représenté) permettant d'alimenter le circuit 8 en gaz à une pression constante P2. La deuxième branche 20 est raccordée à une deuxième 10 source de pression 4 à une pression Pl. Dans l'exemple, la pression P2 est supérieure à la pression Pl. En variante, l'une au moins des branches 10 et 20 comporte une source de pression ou de dépression telle que, par exemple, une enceinte de gaz, une pompe ou un détendeur, et l'une au moins des branches 10 et 20 communique avec l'atmosphère ambiante. On considère dans le présent 15 exposé que l'atmosphère constitue également une source. de pression. Quelle que soit la configuration retenue, on comprend qu'un écoulement de gaz peut s'établir dans le circuit 8, cet écoulement passant par la première branche 10, le réservoir 6 et la deuxième branche 20. Cet écoulement ne passe pas par le rnicrocanal 2. Dans le réservoir 6, il existe une interface entre le gaz (i.e. un exemple de 20 deuxième fluide au sens du présent exposé) et le produit S (i.e. un exemple de premier fluide au sens du présent exposé) et le gaz exerce une pression sur le produit S. Le déplacement du produit S dans le nnicrocanal 2 dépend de cette pression et de la pression P1. Une vanne proportionnelle 11 est disposée sur la première branche 10 du 25 circuit 8 afin de réguler le débit de gaz provenant de la source de pression 9. La première branche 10 du circuit 8 comprend également une vanne tout ou rien 12 montée en parallèle avec la vanne proportionnelle 11. Ces deux vannes 11, 12 sont reliées à un système de régulation 18 permettant de contrôler l'ouvertureL ces vannes en fonction d'une information de pression délivrée par un capteur de 30 pression 17 mesurant la pression du gaz dans le réservoir 6. Il est ainsi possible de contrôler de manière dynamique la pression du gaz dans le réservoir 6. Le système de régulation 18 peut être agencé pour prendre en compte d'autres informations et, notamment, celles liées à l'écoulement du produit S dans le 3064621 11 °cana"' La --- proportionnelle 11 est, par exemple, une élec vanne ccrn électri...H:Hi.nent parte système de régulation 18. -,,,.Iranql,:-..,r,-, 71 est prése.:.1.Ï. -d:--Jr L- deuxième branche 20 du circuit 8 le débit de ,. quiti-7 réservoir 6. Il peut. s'agir d'un ---:.,-..,..,-n- ouverture fb.. varia Lorsqt i'.-i:Iranglement 21 est à ouver v;-.?Hable, este êtu, manuellement ou être ,C.nn -- par L ..,:tèHî' .dur,,,re 18 1, Ï-....)tranglement 2''' - ' "çà- r f)4glée manuellè7,--u:--uni 10 En ouvi -ins u Ul -liement 6 2n du Circuit fuite rx.)1,,,,- L. debLL rodu; S le micr -lnes 11, ringlement 2 -' est ,3 la 10, lel voir deuxièrr 20 une et pro»* branche 2 OlcDant 15 Siru t,fttre 'les deux r[tqnites .'ar s3ion P avec les c.-,rcuit,"'é ectruiues, on peu-:. i'ouverture de " lionnclk."::11, débit I microcam3L 20 premere -!,ranche 10. En nav -ù Pf = PILé que. Pciée au ul Re associée à la stationnr,:" débit 1 ns formu e: P = R ec .)nsidéré, on Q-ie é la r lation des vannes 11 et 12, peut se faire de la 25 manière suivante. o!',rvE.'j-te ent ; Suite à un 'te voir u ,nnne tout OL LJ,r1 .npPr r +te.:ricire une presP nression Dans une deuxième e la var : t la vanne proporlic,,nn::T,He 30 ouverte comp de Dans troisièr. ase. a vanne tout ou rLer 12 reste fermée et on joue sur l'ouven'Lw3:.-,-,.le la van - propoHonnelle 11 afin de :_.;.tabiliser u:..sion dans le réservoir er, ',TUnipensant la perte de pres:3n!, - fuite du cieuxieme fluç la deuxième branche 20 angler s première et deuxièr corresponderu à un 3064621 12 régime tandis que la troisième phase correspond à un régime permanent du système. Lo, passeEge d'une phase à l'autre peut, par exemple, être déterminé en fonction de la différence entre la pression de consigne et la pression mesurée dans ie réservoir. On notera que selon une variante de réalisation (non représentée les vannes 11, 12 pourraient être montées sur [o deuxième branche 20 du circuit 8, tandis que l'étranglement 21 serait monté sur la première branche 10. Dans ce cas, lors de la première phase de régulation, l'ouverture de la vanne tout ou rien 12 permettrait de vider au lieu de remplir) rapidement le réservoir 6, 10 La FIG 2 représente un deuxième exemple de dispositif microfluidique 1. Cet exemple diffère de celui de la figure 1 en ce que le circuit 8 est connecté au réservoir 6 par un conduit unique 30. Le circuit 8 comprend alors une première branche 10 et une deuxième branche 20 situées de part et d'autre de la jonction 31 entre le circuit 8 et le conduit 30 menant au réservoir 6. Les composants du 15 circuit dans ces deux branches 10, 20 sont identiques aux composants du circuit 8 dans les première et deuxième branches 10, 20 du circuit de la figure 1. La régulation de la vanne tout ou rien 12 et de la vanne proportionnelle 11 se fait de manière analogue à celle décrite pour l'exemple de la figure 1. La FIG 3 représente un troisième exemple de dispositif microfluidique 1. Cet 20 exemple diffère de celui de la figure 2 en ce qu'une autre vanne tout ou rien 22 est montée en parallèle avec l'étranglement dans la deuxième branche 20 du circuit 8. La vanne tout ou rien 22 peut être identique ou analogue à la vanne tout ou rien 12. De même, l'étranglement peut être formé par une autre vanne proportionnelle 21, identique ou analogue à la vanne proportionnelle 11. A titre d'exemple, les 25 vannes tout ou rien 12, 22 ont un diamètre d'ouverture de 1 mm, tandis que les vannes proportionnelles 11, 21 ont un diamètre d'ouverture maximum de 0,2 mm. Dans l'exemple, l'ensemble des vannes 11, 12, 21, 22 sont commandées par le système de régulation 18 et la régulation peut se faire de la manière suivante. Suite à un changement de consigne en pression, dans une première phase, 30 une analyse de la différence de pression entre la pression mesurée dans le réservoir 6 par le capteur 17 et la consigne permet de dire si les vannes tout ou rien 12, 22 doivent être activées ou non. Si la différence de pression est inférieure à une pression seuil prédéfinie on entre directement dans la deuxième phase. Si la différence de pression est plus grande que la pression seuil, l'une des deux a 3064621 13 rien 12, 22 s'ouvre ir a que la pressin- !c: réservoir ait 'pourcentage de. ssion de consigne. .-.,res:sH:.,n seuil peut être un pourcentage de la valeur maximum en press., peut atteirv-e IE! -A. exemple 20 %. Par exemple, dans le cas ou a pressc,',1 dans le 10 doit être augmentée, la vanne t pressi,'on dans le n n ugmente '-, -,:sstor coristDo dc)n-.îre dinimni.lée, la vahret a pres:c uonsigne es .tres w -',rmées. Dès la servo r u diniirs rien 12 est n'E:rt-D Jr que la un certain flOt 90%, es ferrtust:- où la- ouverte '.urcentage, Lin -eture de une, :mes t r rien 12, 22. phase est ter, binée et ,s une ...a'smxième vannu vanr que beauce, Fr' daPs c,e'écart à a signe, les antr 11 (21) joue alf,.1-s mare: G22 naus fLS plus faibi.)\ titi fait de nd la deuxi cons:grie. pour i-attuaipei ?Triées. Au 1, taille C.: n 0 TI d'ouverture m.rrq du 20 la suc,1:on d'ouverture de la varrie toLd ou rien Dès u nu pp..)s-s;on dans le réservoir 6 atteint la pression de consigne, on dans troj3terne a se on de cc unu atteinLe,. ns la troisiern- phase, on joue sur es ieiLvseii-ture es deux .Yarines ï,:.., PD les 11, 21 alin de compenser e perte nu e c.:, re S 5 KI' l'écoi'derineiiiide 25 hume sortant ou entrant dans eur ence ent la pres:so r4se 30 deux dee libcrté, 11, réseu,ipir Propollonnel, Ju,ivre Lir-q 77.:7JH: de con mancie parbr (.15 la 3ite;Dai- -4,',:q.ivateuP mettant ,?.urs combinaisons A la pression mesurée, afin de maintenir a ta le,rne possède ures cies cieux var roportionnelles r .3les pour !dures des vannes so- obtel pression. On s, de préférence, une -rbinaison mation en deuxième fluide. Les deux vannes proportionnelles ayarY ',nne résolution (du fait de leur section permettant de limiter au maximum la 3064621 14 d'ouverture maximum limitée), le nombre de combinaisons .possibles est plus important qu'avec des vannes de mauvaise résolution. Ceci permet de mieux limiter la consommation en deuxième fluide. Les FIGS 4 et 5 représentent schématiquement des exemples de réalisation dans lesquels le dispositif microfluidique 1 est équipé d'un système d'amortissement 40 des oscillations de pression. Dans ces exemples, le système d'amortissement 40 et associé à la vanne tout ou rien 12 des FIGS. 1, 2 ou 3. Il pourrait toutefois être associé à la vanne tout ou rien 22 de la FIG. 3, ou deux systèmes d'amortissement 40 pourraient être associés, respectivement, aux 10 vannes 12 et 22. Le débit important de la vanne tout ou rien 12 (ou 22) peut, dans certains cas, créer dans le circuit 8 des oscillations de pression indésirables, en particulier à l'ouverture ou à la fermeture de la vanne 12. Pour limiter ces phénomènes d'oscillation, le dispositif microfluidique 1 peut être équipé d'un système 15 d'amortissement 40 des oscillations de pression. Dans l'exemple de la FiCe 4, le système d'amortissement 40 comprend un matériau poreux 42 à pores ouverts placé dans le circuit 8, entre la vanne tout ou rien 12 et le réservoir G. Plus précisément, le système d'amortissement 40 est placé en série avec la vanne tout ou rien 12 et en parallèle avec la vanne 20 proportionnelle 11. En d'autres termes, le système d'amortissement 40 est placé dans la portion de dérivation 8a du circuit 8 contournant la vanne proportionnelle 11. Le deuxième fluide circulant dans la portion de dérivation 8a traverse ainsi le matériau poreux 42 en se dispersant dans les pores de celui-ci. Cette dispersion permet d'amortir tout ou partie des oscillations de pression du deuxième fluide 25 induites lors de l'ouverture ou de la fermeture de la vanne tout ou rien 12. En outre, lorsque la vanne tout ou rien 12 est fermée et que la vanne proportionnelle 11 est ouverte, la présence du système d'amortissement 40 est sans incidence sur la circulation du deuxième fluide dans le circuit 8, le deuxième fluide ne circulant plus dans la portion de dérivation 8a. 30 Dans l'exemple de la FIG. 5, le système d'amortissement 40 comprend un amortisseur 41 placé dans une branche latérale fermée 8h du circuit 8. Une extrémité de la branche latérale 8b est raccordée à la branche principale du circuit 8, qui s'étend entre le réservoir (.3 est les vannes 11, 12, et l'extrémité opposée de la branche latérale 8b est fermée. Le deuxième fluide entre ainsi dans la branche 3064621 15 latérale 8b par extrémité sans pouvoir s'échapper par l'autre extrémité de cette branch,s. 8b. Dans l'exemple représenté schématiquement sur la FIG. 5, l'amortisse:± . lprend un cylindre 45 :..., érieur duquel se c_r.tlace une pièce mobile 46. 1..e ièce mobile 46 sépare le v,:-: d', ,,;(!lcIre 45 en deux chamty..,Hs:;. 5 47, 48 isolées l'une de 'autre. ..,lri ressort 48 o eç J r1,.-st placé dans ,:l chambre 48. i orifice permet :,i..; _!ant dans la e latérale 8b de pénétrer dans la 4i. La pression du deuxième fluide dans la ,.. e 47 pousse !a 46 vers la deux chambre 48 . comprime le sort 48 qui O.: isCP la pièce 10 4C1 emière eeere 47. ,. ,....,,._.d eeet 43 et des la pièce mobile 46 et cyIindrE4 perme- le E!er entendu d'autre; ,1esFer 111 -.q---- aiiieu sans ut- cela ralïec 15 d ', de la FIG. prin(eeale du cerit on du ret 8 touluic brLnehe latérale,et rc"or' to, !'e proportion- lonris nt 20 if: 1 et t»nction ci mortiss , .':,. lu s._, modes nu axemples de réen décrits d imita', rsonne ciPL., ésent expu facilernE.:rit, ces rrir.). envisac 25 aty- r) 0 e-te:'.1 r d'autres. tout e, lans ére peuvent pas aux dans le présent. s entre ⩽ Lorsqu -dessus ou différemment, orécudernme décrites. En e te rajdue téristique uée (-iE mar 30 un mod .uînbt,i5, ces ca , avec autre rriocE eu exemple de it 8 à du REVENDICATIONS1. Dispositif microfluidic- Dmprenant un microcanal un rmtr iluide d'un deuxiern: r* reser 8) traverse le réservoir (6) ou est connecté au (30), et nrprend une vanne tout ou rien (12) montée 10 er ive, ces vannes étant controI1:os dc manière à modifier le riiiisei-voir (6) par le i(41:1-110 fiekile sur le prerTÉLT ir.:1Lie selon la revendication 15 section d'ouverttu uxHum de la vanne prciportionnelle (i t) ust nféuuure section d'ouvert,..i.,-§.2',,, n-uixirrUM de la vanne tout r Heu 12) micrcfluldh si.-ctlon d'ouverture maximum de 20%, en particulier Olten', la vanne tout ou rien re.vendicantiiri 2, dans lequel Drtionno:: ) est inférlei_ maximum 4. jispi des t). Gatlons à 25 pression ndureu par l'ouverture ou la ferm v:.-7nrie tout ou rien PI sitif selon la revendication 4, ( 0) uuu,rurud!in. matériau iéi circuit en seiner.lie lequel le uvstèm ,42) à puues 1T0 30 avec la vanne proportionnelle 3064621 17 6. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le système d'amortissement (40) comprend un amortisseur (41) placé dans une branche latérale fermée du circuit (8). 7. Dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit (8) comprend une première branche (10) et une deuxième branche (20) situées de part et d'autre du réservoir (6), ces deux branches (10, 20) débouchant directement dans le réservoir (6). 8. Dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit comprend une première branche (10) et une deuxième branche (20) situées de part et d'autre de la jonction (31) entre le circuit (8) et le conduit (30) menant au réservoir (6). 9. Dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première branche (10) comprend la vanne (12) tout ou rien et la vanne proportionnelle (11). 10. Dispositif microfluidique selon la revendication 9, dans lequel la deuxième branche (20) comprend un étranglement (21) formé, par exemple, par une autre vanne proportionnelle. 11. Dispositif microfluidique selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la deuxième branche (20) comprend une autre vanne tout ou rien (22) montée en parallèle avec l'étranglement (21). 12. Dispositif microfluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le premier fluide (S) est un liquide et Te deuxième fluide est un gaz. 13. Procédé de régulation pour réguler la pression d'un premier fluide (S) dans un microcanal (2), dans lequel: 3064621 18 - on fourr.t dispositif microfluidique (1) selon l'une revendicai. - on fait , et - on tc, ) et id vanne propc (11) de 5 j H CJ fier la pressior dans le _ ?lu - rnie uide (S). un sekui tout c réser7 s k et a tenure 14. - da. 10 r-euxiérne proport. rése çf) e - ns une tosièr lase: L nre tc)ut iri 12) reste fc_on r tior 1) afi st ser la sion dans le réser- 20 CIO de