Brevet FR3090614A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : SYSTEME DE CONNEXION DE PUCE MICROFLUIDIQUE Domaine technique [0001] La présente invention concerne les connectiques microfluidiques, et plus particu- lièrement un système de connexion de puce microfluidique et une puce microfluidique adaptée à un tel système. Technique antérieure [0002] Une puce microfluidique peut être connectée à un réservoir de fluide, plus particu- lièrement de liquide. Un tube de liaison relie généralement la puce au réservoir. Le tube de liaison et la puce microfluidique sont reliés de manière étanche de manière à contrôler la quantité de fluide introduite dans la puce et à éviter les pertes de fluide. [0003] La puce microfluidique peut être réalisée, de manière connue, en matériau élastomère, tel que du polydiméthylsiloxane (PDMS), et en verre. Une telle puce peut être fabriquée en moulant une face d'une couche de PDMS et en collant cette face sur une face d'une lame de verre, de manière à former un ou plusieurs canaux micro-fluidiques à l'interface entre la couche de PDMS et la lame de verre. [0004] Préalablement au collage de la couche de PDMS et de la lame de verre, un trou peut être usiné au travers de l'épaisseur de la couche de PDMS. Il est ainsi possible d'introduire le tube de liaison dans le trou, présentant par exemple un diamètre légèrement inférieur au diamètre externe du tube de liaison, de manière à assurer une connexion étanche au fluide entre le tube de liaison et la puce microfluidique. [0005] Alternativement ou en complément, il est connu d'introduire le tube de liaison dans le trou, puis de réaliser un joint étanche en déposant de la colle entre le tube et la puce microfluidique. [0006] Ce type de connexion étanche entre le tube et la puce microfluidique nécessite une manutention précise. Elle nécessite également de répéter l'introduction du tube et le collage lorsque la puce comprend plusieurs trous, correspondant à plusieurs entrées fluidiques de la puce. L'utilisation de colle peut également rendre ce type de connexion onéreuse. Enfin, ce type de connexion ne permet pas de répondre à une norme relative à la connexion des puces microfluidiques, nécessaire au développement industriel du domaine technologique en objet. La nécessité de telles normes est par exemple décrite dans la publication de van Heeren (van Heeren, H., 2012, Standards fbr connecting microfluidic devices ?, Lab on a Chip, 12(6), 1022-1025). [0007] A cet effet, le système « PDMS Chip interfOce » de la société Dolomite Center Ltd a par exemple été développé. Ce système comprend une puce microfluidique. La puce 2 comprend une couche de PDMS et une lame de verre, au travers de laquelle est usiné un trou de manière à connecter les microcanaux avec l'extérieur de la puce. Ce système comprend également un socle, adapté à supporter la puce microfluidique, ainsi qu'un connecteur. La puce microfluidique est insérée dans le socle de manière à présenter la lame de verre comprenant le trou sur sa partie supérieure. Le connecteur comprend un corps principal et une partie jointive solidaires. Une conduite est formée au travers du corps principal et de la partie jointive de manière à permettre l'insertion d'un tube dans le connecteur. La partie jointive du connecteur est mise en contact avec la lame de verre, de manière à mettre en regard le tube et le trou, et ainsi à former une connexion étanche entre le tube et la puce microfluidique. Ainsi, il est possible d'éviter l'utilisation de la colle pour réaliser la connexion. Cette connexion permet également de connecter et déconnecter la puce microfluidique à façon. Toutefois, ce système nécessite d'usiner le verre de la puce microfluidique de manière à former trou. De plus, la fabrication du connecteur comprenant un corps principal et une partie jointive solidaire peut s'avérer onéreuse. Exposé de l'invention [0008] Un but de l'invention est dc proposer une solution pour fabriquer un système permettant dc connecter une puce microfluidique à un tube plus simple que les systèmes de l'art antérieur. [0009] Cc but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un système micro- fluidique, comprenant : - une puce microfluidique présentant : un canal microfluidique, une première face, la première face présentant une entrée du canal microfluidique, la puce comprenant une partie formant joint disposée au niveau de la première face autour de l'entrée, - un support présentant : une conduite traversant le support, une deuxième face, la deuxième face présentant un orifice de la conduite, caractérisé en ce que lors du passage d'une configuration déconnectée à une configuration connectée du système, la partie formant joint est déformée par la deuxième face de sorte à former entre la première face et la deuxième face une connexion étanche au fluide reliant fluidiquement la conduite et le canal microfluidique. [0010] Comme la puce présente une partie formant joint disposée autour de l'entrée du canal microfluidique, il est possible d'éviter la fabrication d'un support comprenant une partie jointive. Il est de plus possible de connecter directement le support à l'entrée du canal microfluidique de la puce et ainsi d'éviter l'usinage de la puce de manière à 3 former par exemple un trou dans une lame de verre. [0011] L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - la partie formant joint est réalisée dans un premier matériau présentant un premier module d'élasticité, et le support est réalisé dans un deuxième matériau présentant un deuxième module d'élasticité, le premier module d'élasticité étant strictement inférieur au deuxième module d'élasticité, - le support présente une troisième face sur laquelle la puce vient s'appuyer lors du passage de la configuration déconnectée à la configuration connectée, - est entouré par une saillie en relief de la deuxième face, la forme de la saillie étant adaptée à entourer l'entrée dans la configuration connectée, - la puce est entièrement réalisée en premier matériau, - la puce comprend deux couches superposées réalisées dans le premier matériau et collées entre elles de manière à former le canal, - la puce est également réalisée dans un troisième matériau, le troisième matériau présentant un troisième module d'élasticité strictement supérieur au premier module d'élasticité, le troisième matériau étant préférentiellement choisi parmi un copolymère d'oléfine cyclique, du polyméthacrylate de méthyle, du polystyrène, du polycarbonate et du polyéthylène glycol diacrylate, - le premier module d'élasticité est compris entre 50 kPa et 100 MPa, notamment entre 200 kPa et 10 MPa, et préférentiellement entre 500 kPa est 3 MPa, - le deuxième module d'élasticité est supérieur à 500 MPa, notamment supérieur à 1 GPa et préférablement supérieur à 3 GPa, - le support comprend une partie mobile et une partie principale, la partie mobile présentant la deuxième face, et le support comprend un moyen d'écartement de la partie mobile et de la partie principale, - le support comprend une partie mobile et une partie principale, la partie mobile présentant la troisième face, et le support comprend un moyen d'écartement de la partie mobile et de la partie principale, - la deuxième face et la troisième face sont planes et parallèles. [0012] Un autre objet de l'invention est une puce microfluidique, présentant un canal micro- fluidique, une première face, la première face présentant une entrée du canal micro-fluidique, la puce comprenant une partie formant joint réalisée dans un premier matériau et disposée au niveau de la première face autour de l'entrée, la puce étant également réalisée dans un troisième matériau différent du premier matériau. [0013] Avantageusement, la partie formant joint de la puce est réalisée dans un premier matériau présentant un premier module d'élasticité, le troisième matériau présente un troisième module d'élasticité, et le premier module d'élasticité étant strictement inférieur au troisième module d'élasticité. Brève description des dessins [0014] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0015] [fig.1] La figure 1 illustre de façon schématique un système selon un premier mode de réa- lisation de l'invention. [0016] [fig.2] La figure 2 illustre de façon schématique des tubes insérés dans le support. [0017] [fig.3] La figure 3 illustre de façon schématique une partie du support et la puce micro- fluidique dans une configuration connectée. [0018] [fig.4] La figure 4 illustre de façon schématique une connexion étanche au liquide entre le support et la puce microfluidique. [0019] [fig.5] La figure 5 illustre de façon schématique une puce comprenant deux couches su- perposées réalisées dans le premier matériau. [0020] [fig.6] La figure 6 illustre de façon schématique une partie d'une puce réalisée en premier matériau et en troisième matériau, comprenant une partie formant joint autour de chacune des entrées des canaux microtluidique. [0021] Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DEFINITIONS 100221 On entend par « canal microfluidique » un canal dont l'une des dimensions d'une section du canal est comprise entre 100 nm et 1 mm et préférentiellement entre 1 pm et 500 Jim. 100231 On entend par « hauteur » d'un canal la dimension minimale d'une section du canal, et on entend par « largeur » d'un canal la dimension maximale d'une section du canal. Description des modes de réalisation 100241 En référence à la figure 1, le système 1 comprend une puce 2 microfluidique. La puce 2 présente au moins un canal 3 microfluidique et une première face 4 présentant une entrée 5 du canal 3 microfluidique. Préférentiellement, la puce 2 microfluidique comprend une pluralité de canaux 3 microlluidiques, chaque canal 3 microlluidique présentant une entrée 5. L'entrée 5 du canal microfluidique présente une hauteur in- férieure à 2000 pin, notamment inférieure à 1500 !lm et préférentiellement inférieure à 300 p.m. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'usiner une connexion fluidique entre le canal 3 microfluidique et l'extérieur de la puce, l'entrée 5 microfluidique étant fabriquée par les mêmes techniques de microfabrication que le ou les canaux 3 microfluidiqucs. La puce 2 peut être de forme générale parallélépipédique et peut présenter des faces latérales, une face supérieure et une face inférieure. Les faces latérales de la puce 2 correspondent aux faces comprenant l'épaisseur de la puce 2, c'est-à-dire sa dimension minimale. Préférentiellement, la première face 4 est une face latérale de la puce 2. Ainsi, il est possible d'observer, par imagerie par exemple, l'intérieur du ou des canaux 3 microfluidiques au travers de la face supérieure ou inférieure, sans que la qualité de l'imagerie soit détériorée ou empêchée par la connectique de la puce 2. [0025] La puce 2 comprend une partie formant joint 17. La partie formant joint 17 est disposée au niveau de la première face 4, et autour de la ou de chacune des entrées 5. La partie formant joint 17 est solidaire du reste de la puce 2. La première face 4 comprend une face de la partie formant joint 17. Préférentiellement, la partie formant joint 17 peut correspondre à l'ensemble de la puce 2. Ainsi, il est possible de simplifier la fabrication de la puce en réalisant la puce 2 avec un seul matériau. [0026] En référence à la figure 1 et à la figure 2, le système 1 comprend également un support 6. Le support 6 présente une deuxième face 7, destinée à venir en contact avec la première face 4 de la puce 2. Le support 6 comprend au moins une conduite 9, débouchant, à l'une de ses extrémités, sur un orifice 8 de la deuxième face 7. Préférentiellement, l'orifice 8 est en regard de l'entrée 5, et notamment aligné avec l'entrée 5. La conduite 9 présente au moins une autre extrémité, débouchant sur une autre face du support 6. La conduite 9 traverse ainsi le support 6. La conduite 9 peut permettre un écoulement de liquide jusqu'à l'orifice 8. Préférentiellement, comme illustré dans la figure 2, un tube 10 peut être introduit dans la conduite 9. Le tube 10 peut être relié à la conduite 9 par une connexion fluidique (ou liaison fluidique) étanche. Ainsi, il est possible d'acheminer un liquide depuis un réservoir connecté fluidiquement au tube 10, jusqu'à l'orifice 8. Le support 6 peut présenter une pluralité de conduites 9 parallèles, chacune débouchant sur un orifice 8 sur la deuxième surface 7. Les figures 1, 2 et 3 illustrent par exemple un support comprenant quatre conduites 9 tluidiquement parallèles, chacune débouchant sur un orifice 8 différent de la deuxième face 7. [0027] Le système 1 présente une configuration connectée et une configuration déconnectée. Dans une configuration déconnectée, le support 6 est configuré pour recevoir la puce 2 de manière à ce que la ou les entrées 5 du ou des canaux 3 soient en regard du ou des orifices 8. La première face 4 de la puce 2 est alors en regard de la deuxième face 7 du support. [0028] Lors du passage de la configuration déconnectée à une configuration connectée du 6 système 1, la partie formant joint 17 est déformée par la deuxième face 7 de sorte à former entre la première face 4 et la deuxième face 7, une connexion étanche au fluide reliant fluidiquement la conduite 9 et le canal 3 microfluidique. [0029] Préférentiellement, le support 6 comprend une partie principale 15 et une partie mobile 14. La partie principale 15 est destinée à être supportée sur le sol ou sur un support fixe. Le support 6 comprend un moyen d'écartement 16 de la partie mobile 14 par rapport à la partie principale 15. Le moyen d'écartement 16 peut par exemple être choisi au moins parmi une vis, un levier, un ressort, un engrenage, la gravité de la partie fixe ou mobile, un vérin, un système à air comprimé, un loquet et une crémaillère. Le moyen d'écartement peut être motorisé. Le moyen d'écartement 16 permet le passage de la configuration déconnectée à la configuration connecté et vice versa. [0030] Le support 6 peut également présenter une troisième face 11. Lors du passage de la configuration déconnectée à la configuration connectée, la puce peut venir s'appuyer sur la troisième face 11. Ainsi, la déformation de la première face 4 par la deuxième face 7 est facilitée. [0031] La partie mobile 14 peut présenter la deuxième face 7. Ainsi, lorsque la puce 2 est insérée dans le support 6, le mouvement de la partie mobile 14 entraîné par le moyen d'écartement 16 permet d'amener la deuxième face 7 en contact avec la première face 4, et ainsi de déformer la première face 4 de sorte à former entre la première face 4 et la deuxième face 7 une connexion étanche au fluide reliant fluidiquement la conduite 9 et le canal 3 microfluidique. Dans ce mode de réalisation, la partie principale 15 peut présenter la troisième face 11. [0032] La partie mobile 14 peut également présenter la troisième face 11. Ainsi, lorsque la puce 2 est insérée dans le support 6, le mouvement de la partie mobile 14 entraîné par le moyen d'écartement 16 permet de pousser la puce 2 de manière à amener la première face 4 en contact avec la deuxième face 7, et ainsi de déformer la première face 4 de sorte à former entre la première face 4 et la deuxième face 7 une connexion étanche au fluide reliant fluidiquement la conduite 9 et le canal 3 microfluidique. Dans ce mode de réalisation, la partie principale 15 peut présenter la deuxième face 7. [0033] Dans un autre mode de réalisation, le support 6 peut présenter plusieurs parties mobiles 14. Une partie mobile 14 peut présenter la deuxième face 7, et une autre partie mobile 14 peut présenter la troisième face 11. Ainsi, le mouvement de la puce lors du passage entre la configuration déconnectée et la configuration connectée peut être limité [0034] Préférentiellement, la deuxième face 7 et la troisième face 11 sont de forme générale plane et parallèles entre elles. Ainsi, le mouvement de la deuxième face 7 et/ou de la troisième face 11 lors du passage de la configuration déconnectée à la configuration 7 connectée permet d'éviter des mouvements parasites de la puce 2, préférentiellement de la bloquer, et ainsi de faciliter un alignement entre l'orifice 8 et l'entrée 5. [0035] La figure 4 illustre une déformation de la partie formant joint 17 de la puce 2 dans la configuration connectée du système 1. Dans un mode de réalisation de l'invention, la déformation de la partie formant joint 17 peut être une déformation élastique. La partie formant joint 17 peut être réalisée dans un premier matériau présentant un premier module d'élasticité, et le support 6 réalisé dans un deuxième matériau présentant un deuxième module d'élasticité, le premier module d'élasticité étant strictement inférieur au deuxième module d'élasticité. Ainsi, lors du passage de la configuration connectée à la configuration connectée, la partie formant joint 17 est déformée élastiquemcnt et une connexion étanche peut être formée entre la conduite 9 et le canal 3. Préférentiellement, le premier module d'élasticité est compris entre 50 kPa et 100 MPa, notamment entre 200 kPa et 10 MPa, et préférentiellement entre 500 kPa est 3 MPa. Le premier matériau peut être au moins choisi parmi du PDMS, un élastomère, un matériau plastique, un matériau d'origine végétale, un métal, du caoutchouc, de la silicone et de la cire. Préférentiellement, le deuxième module d'élasticité est supérieur à 500 MPa, notamment supérieur à 1 GPa et préférablement supérieur à 3 GPa. Le deuxième matériau peut être choisi parmi du métal, un copolymère d'oléfine cyclique, du polyméthacrylate de méthyle, du polystyrène, du polycarhonatc, du polyéthylène glycol diacrylate, de l'acide polylactique, de l'acrylonitrile butadiène styrène, du polyamide, de la résine réticulée, de l'acier et leurs combinaisons. Préférentiellement, le support 6 peut être fabriqué par une méthode de fabrication additive (impression en trois dimensions). Ainsi, le support peut être adapté à la géométrie de la puce 2 utilisée dans le système. [0036] Selon un mode de réalisation différent et compatible avec le mode de réalisation précédent, la déformation de la partie formant joint 17 peut être une déformation plastique. Lors du passage de la configuration déconnectée à la configuration connectée, la deuxième face 7 peut venir déformer plastiquement la partie formant joint 17 sur la première surface 4. Dans ce mode de configuration, la partie formant joint 17 ne reprend pas sa forme initiale lors du passage de la configuration connectée à la configuration déconnectée du système 1. Ainsi, il est possible d'assurer une utilisation unique d'une puce 2 lors d'une utilisation industrielle de manière à éviter par exemple les contaminations biologiques de la puce 2 ou des artefacts entraînés par des utilisations précédentes de la puce 2. La partie formant joint 17 peut être formée par un bourrelet métallique creux entourant chaque entrée 5. [0037] L'orifice 8 de la deuxième face 7 est préférentiellement entouré par une saillie 12 en relief de la deuxième face 7 dans la configuration connectée. La forme de la saillie 12 est adaptée à entourer l'entrée 5 dans la configuration connectée. Par « entourer », on 8 entend entourer totalement, ou entourer de manière à cc que la saillie s'étende angulairement sur plus de 90% du tour de l'entrée 5. Ainsi, l'étanchéité de la connexion entre la conduite 9 et le canal 5 peut être renforcée. La saillie 12 peut présenter plusieurs formes sur la deuxième face 4. La figure 3 illustre par exemple des saillies 12 circulaires s'enfonçant dans la partie formant joint 17 de la puce 2. [0038] Le support 6 peut comprendre une connexion étanche entre le tube 10 et la conduite 9. Cette connexion étanche peut être mise en oeuvre au moyen d'un manchon, d'une virole et/ou d'un ou plusieurs joints. [0039] La figure 5 illustre une puce 2. La puce 2 peut être entièrement réalisée en premier matériau. Ainsi, la partie formant joint 17 est fabriquée en même temps que le reste de la puce 2, et la fabrication de la puce 2 est simplifiée. La puce 2 peut comprendre deux couches 13 superposées réalisées en premier matériau et collées entre elles de manière à former le canal 3. La puce 2 peut par exemple comprendre deux couches 13 en PDMS. L'une des couches 13 peut être moulée ou micro-usinée de manière à présenter sur l'une de ses faces une partie du ou des canaux 3. Les deux couches 13 peuvent être superposée et collées de manière à former le ou les canaux 3 à l'interface des deux couches 13. Dans un mode de réalisation, le moulage de la face de la couche en premier matériau est configure pour que le ou les canaux 3 débouchent sur une bordure de ladite face. Ainsi, lors de la superposition des deux couches 13, la ou les entrées 5 sont formées sur une face latérale de la superposition des couches 13. Dans un autre mode de réalisation, compatible avec le mode de réalisation précédent, on peut couper un bord de la superposition de couches 13 au niveau du ou des canaux 3 pour former la ou les entrées 5. [0040] La figure 6 illustre une puce 2 selon un aspect de l'invention. La puce 2 comprend une partie formant joint 17 réalisée dans un premier matériau, disposée au niveau de la première face 4 autour de l'entrée 5, la puce 2 étant également réalisée dans un troisième matériau différent du premier matériau. Ainsi, le ou les canaux de la puce 2 peuvent être formés par un matériau résistant à des solvants entraînant le gonflement ou la dissolution du premier matériau, tout en permettant à la partie formant joint 17 de se déformer lors du passage à une configuration connecté du système 1. [0041] Le troisième matériau est préférentiellement choisi parmi un copolymère d'oléfine cyclique, du polyméthacrylate de méthyle, du polystyrène, du polycarbonate et du polyéthylène glycol diacrylate. Ainsi, le ou les canaux peuvent résister chimiquement à des solvants tels que la silicone, des alcools, des huiles naturelles ou artificielles, et/ou des solutions comportant des micro ou nanoparticules et/ou des capsules. [0042] Le premier matériau peut être adapté à être déformé de manière élastique et/ou plastique. Préférentiellement, la partie formant joint est réalisée dans un premier matériau présentant un premier module d'élasticité, et le troisième matériau présente 9 un troisième module d'élasticité, le premier module d'élasticité étant strictement inférieur au troisième module d'élasticité. Ainsi, la partie formant joint est adaptée à être déformée de manière élastique. 10