Brevet FR3137953A1 — publié le 20240119

L’invention concerne un dispositif de connexion entre deux micro-canaux ou deux milli-canaux de deux éléments fluidiques comprenant des moyens de maintien complémentaires du dispositif avec au moins un des deux éléments fluidiques. L’invention concerne également une puce micro-fluidique ou milli-fluidique comprenant un dispositif de connexion entre un micro-canal ou un milli-canal de la puce et un micro-canal ou un milli-canal d’un élément fluidique. Enfin, l’invention concerne un dispositif de connexion entre deux micro-canaux ou deux milli-canaux de deux éléments fluidiques comprenant des moyens de maintien complémentaires du dispositif avec les deux éléments fluidiques. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Dispositif de connexion La présente invention concerne le domaine technique des dispositifs de connexion entre deux micro ou milli-canaux de deux éléments fluidiques. L’invention concerne également un élément fluidique comprenant un tel dispositif. Les éléments fluidiques compatibles avec la présente invention comprennent des canaux débouchant, définissant ainsi des entrées et/ou des sorties aptes à recevoir un autre élément fluidique. Il s’agit alors de connecter deux éléments fluidiques tout en maintenant un écoulement adéquat entre leurs canaux respectifs. Les écoulements portent sur des fluides pouvant concerner des liquides et/ou des gaz. Le domaine technique de la microfluidique ou la milli fluidique implique des écoulements de liquides et/ou de gaz dans des canaux de taille micrométrique ou millimétrique. La dimension des canaux concernés par la microfluidique est de l’ordre de la dizaine et centaine de micromètre et par la millifluidique de l’ordre du millimètre. Cette taille de canaux implique des règles d’écoulement spécifiques, en particulier dans le cas d’écoulement laminaires où il est important de ne pas perturber les flux. De plus, une telle taille de canaux peut impliquer des liquides disponibles en faible quantité, dont il est important de limiter la perte dans les dispositifs microfluidiques (à savoir dans des volumes morts). Dans le domaine ci-dessus, il est connu de connecter deux éléments fluidiques par pression, en entrée en force d’un premier élément fluidique dans le second. Par exemple un tube est introduit en force dans une entrée d’une puce microfluidique. Afin de sécuriser la connexion, une colle peut être mise à priori ou à posteriori sur l’ensemble tube/entrée. Cette pratique présente cependant plusieurs défauts, tels que le risque de fuite, la faible tenue à la pression, le risque de bouchage partiel ou total des canaux, et le relargage de contaminant de la colle dans les fluides en écoulement. Une autre stratégie consiste à fabriquer le dispositif fluidique avec un connecteur mâle ou femelle usuel déjà inclus dans le design (pas de vis, luer …). Mis à part la complexité de fabriquer ce genre de connecteurs sur le dispositif fluidique même, cela représente un encombrement non négligeable, de l’ordre du centimètre, qui peut être problématique pour la compacité du dispositif. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de connexion simple et sécurisant sans utiliser de matériaux supplémentaires tels qu’une colle. Ainsi l’invention concerne un dispositif de connexion entre deux micro-canaux ou deux milli-canaux de deux éléments fluidiques comprenant des moyens de maintien complémentaires du dispositif avec une surface extérieure dédiée d’un des deux éléments fluidiques. La mise en œuvre de moyens complémentaires entre le dispositif et une surface extérieure d’un des deux éléments fluidiques permet de sécuriser la connexion entre les deux canaux. La surface extérieure dédiée pour un élément fluidique correspond à sa surface d’extrémité destinée à être connectée à un deuxième élément fluidique. De plus, avec un tel dispositif, la connexion entre deux éléments fluidiques est plus facile à mettre en œuvre. Avantageusement, le dispositif de connexion est agencé de sorte que la connexion entre les micro-canaux ou les milli-canaux des deux éléments fluidiques soit hermétique vis-à-vis de l’environnement extérieur de ces éléments fluidiques. De préférence, le dispositif de connexion est agencé de sorte qu’il s’oppose à la pénétration de solides, de liquides et/ou de gaz depuis l’extérieur des éléments fluidiques, via cette connexion, dans l’un et/ou l’autre des micro-canaux ou des milli-canaux ; et à la fuite de solides, de liquides et/ou de gaz depuis l’un et/ou l’autre des micro-canaux ou des milli-canaux, via cette connexion, vers l’extérieur des éléments fluidiques. On s’assure ainsi, à l’aide de ce dispositif de connexion, qu’aucun contaminant ne puisse s’introduire dans l’assemblage des éléments fluidiques, que l’assemblage soit stérile et que sa manipulation puisse être réalisé dans des conditions et des environnements stériles. Dès lors, l’assemblage trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la santé, de l’industrie pharmaceutique et de la biotechnologie. Selon une caractéristique de l’invention, les moyens de maintien complémentaires comprennent au moins un connecteur barbé continu situé dans une cavité dédiée d’un élément fluidique, ledit connecteur barbé étant en appui sur la surface extérieure dédiée d’un des deux éléments fluidiques. La mise en œuvre d’au moins un connecteur barbé continu permet d’assurer l’étanchéité des deux éléments fluidiques connectés. Le dispositif est ainsi présent sur une entrée ou une sortie d’un élément fluidique directement concerné par la connexion des canaux ou le dispositif est un élément fluidique extérieure assurant la liaison de deux autres éléments fluidiques. De plus, la forme barbée permet de faciliter l’insertion de l’élément fluidique mais également d’empêcher que l’élément fluidique soit retiré facilement, notamment en cas de montée en pression. Enfin, le connecteur barbé permet d’assurer étanchéité et résistance en pression. Selon une autre caractéristique de l’invention, les moyens de maintien complémentaires comprennent au moins deux connecteurs barbés parallèles les uns aux autres en appui sur la surface extérieure dédiée d’un des deux éléments fluidiques. La mise en œuvre de deux connecteurs barbés permet d’augmenter la résistance aux fuites et à l’arrachement et également permet de concevoir un dispositif comprenant un connecteur barbé discontinu. Selon une forme de réalisation de l‘invention, le dispositif ou un premier élément fluidique comprend au moins un connecteur barbé dans une cavité et un second élément fluidique comprend la surface extérieure dédiée. Le dispositif peut ainsi être intégré dans un élément fluidique ou être un troisième élément permettant la connexion des deux premiers. Le connecteur barbé selon l’invention est ainsi disposé dans une cavité d’un élément fluidique. La mise en œuvre d’un connecteur barbé dans une cavité minimise le volume mort entre les deux éléments fluidiques. Ainsi, le dispositif selon l’invention permet une meilleure compacité de la connexion en elle-même, comparé par exemple à des dispositifs de raccord existants de type « luer », « luer lock » ou encore « luer slip ». Et, contrairement à certains dispositifs existants qui nécessitent un emboitement des deux éléments fluidiques, il n’y a pas de changement de diamètre d’un des éléments fluidiques. L’élément fluidique qui coopère avec le dispositif peut en effet être un tube standard. Selon une caractéristique de l’invention, l’élément fluidique qui porte au moins le connecteur barbé comprend un matériau plus rigide que le second élément fluidique. Selon des formes de réalisation, le second élément fluidique comprend un matériau élastomère et la surface dédiée de l’élément fluidique qui coopère se déforme lorsqu’il est introduit dans la cavité portant au moins un connecteur barbé. Selon une caractéristique de l’invention, au moins un connecteur barbé comprend un profil sensiblement polygonal. Une forme polygonale permet en effet de contraindre efficacement en pression l’élément fluidique introduit. Cette forme de réalisation accroit l’étanchéité du raccord entre les deux éléments fluidiques. Selon une forme de réalisation de l’invention, au moins un connecteur barbé comprend un profil sensiblement triangulaire droit. Cette forme de profil est la plus adéquat pour maintenir la connexion. Selon une forme de réalisation de l’invention, l’un des éléments fluidiques comprend un tube flexible ou un tube semi-flexible ou un tube rigide ou une buse munie d’une pointe. Ces formes de réalisation sont les plus communes des éléments fluidiques utilisés. Selon une autre forme de réalisation de l’invention, l’un des éléments fluidiques comprend une puce micro-fluidique ou milli-fluidique. Le dispositif s’intègre particulièrement bien dans une entrée ou une sortie d’une puce fluidique. Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif comprend en outre un système de maintien supplémentaire extérieur. La mise en œuvre d’un système supplémentaire de maintien permet de sécuriser dans le temps la connexion, notamment lorsque les éléments fluidiques sont destinés à rester connectés. L’invention concerne également une puce micro-fluidique ou milli-fluidique comprenant un dispositif de connexion entre un micro-canal ou un milli-canal de la puce et un micro-canal ou un milli-canal d’un élément fluidique. L’invention porte également sur un pont de connexion entre deux micro-canaux ou deux milli-canaux de deux éléments fluidiques comprenant des moyens de maintien complémentaires du dispositif avec les deux éléments fluidiques. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où : est une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un dispositif selon l’invention, est une vue en coupe d’une autre forme de réalisation d’un dispositif selon l’invention, est une vue en coupe d’un autre exemple de réalisation d’un dispositif selon l’invention, est une vue en perspective d’une puce fluidique comprenant trois dispositifs selon l’invention, est une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un dispositif selon l’invention, et est une vue schématique en coupe d’un détail d’un dispositif selon l’invention. Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références. L’invention vise à propose un dispositif simple et étanche de connexion entre deux micro-canaux ou deux milli-canaux de deux éléments fluidiques. Les fluides concernés sont liquides, gazeux ou encore mélangés. A ces fins, un dispositif selon l’invention tel qu’illustré à la et désigné dans son ensemble par la référence 1 est utilisé pour connecter deux micro-canaux ou milli-canaux 2 des deux éléments fluidiques 3a,3b. Un élément fluidique 3a,3b compatible avec l’invention peut être un tube flexible ou semi-flexible, un tube rigide apte à diriger un flux ou encore une buse munie d’une pointe pour l’écoulement d’un flux ou encore une puce micro-fluidique ou milli-fluidique destinés à différentes fonctions relatives à l’écoulement d’un flux ou encore un pont apte à relier deux éléments fluidiques. Cette liste n’est pas exhaustive quant à l’utilisation du dispositif 1 selon l’invention. Selon une forme de réalisation notamment illustrée à la , le dispositif 1 permet la connexion entre deux canaux 2a,2b de respectivement deux éléments fluidiques 3a,3b. Pour des éléments relatifs à la microfluidique, les canaux sont des micro-canaux comprenant un diamètre de l’ordre du micromètre et pour des éléments relatifs à la millifluidique, les canaux sont des milli-canaux avec un diamètre de l’ordre du millimètre. Par la suite, l’écoulement des éléments fluidiques se fait selon la direction Z. A la , le premier élément fluidique 3a, par exemple une puce fluidique, porte le dispositif 1 selon l’invention et le second élément fluidique 3b est, par exemple, un tube semi-rigide destiné à être relié à une entrée de la puce fluidique 3a. L’élément fluidique 3,3a qui porte le connecteur barbé 10 peut comprendre divers matériaux tels que du verre, des matériaux plastiques ou composites ou encore des matériaux métalliques pour ne citer que ces exemples. De plus, selon certaines formes de réalisation de l’élément fluidique 3,3a porteur du dispositif 1, le connecteur barbé 10 peut comprendre des matériaux différents de ceux de l’élément fluidique 3,3a concerné. Selon une forme de réalisation, le connecteur barbé 10 comprend un matériau plus rigide que l’élément fluidique 3b avec lequel le connecteur barbé 10 collabore. L’élément fluidique 3b destiné à venir en prise avec le connecteur barbé peut en effet comprendre un matériau plus élastique tel qu’un élastomère ou un mélange composite plus élastique que le matériau composant le connecteur barbé 10. Selon la première forme de réalisation illustrée à la , le dispositif 1 comprend un connecteur barbé 10 situé dans une cavité définissant une entrée ou une sortie d’une puce fluidique 3a. L’entrée de la puce fluidique 3a et le tube 3b ont une forme sensiblement cylindrique et comprennent sensiblement un diamètre de même longueur. Le tube 3b est destiné à être introduit dans l’entrée le puce fluidique 3a. Ainsi, le connecteur barbé 10 sous la forme d’une surépaisseur est en appui contre la surface extérieure dédiée d’extrémité du tube 3b. Le connecteur barbé 10 est une surépaisseur continue. Des exemples de réalisation d’un connecteur barbé 10 sont décrits ci-après. Selon d’autres formes de réalisation, le dispositif 1 est destiné à relier deux puces fluidiques 3a,3b, l’une des puces 3b comprend alors une partie dédiée ayant sensiblement la forme d’un tube débouchant comprenant une surface extérieure dédiée apte à collaborer avec une surface intérieure dédiée de la cavité définissant une entrée ou sortie de l’autre puce 3a. La illustre une forme de réalisation du dispositif 1 comprenant trois connecteurs barbés 10 continus et parallèles entre eux. Selon une forme de réalisation de l’invention, le dispositif 1 comprend au moins un connecteur barbé 10 en continu et peut également comprendre au moins un autre connecteur barbé 10 discontinu parallèle au connecteur barbé 10 continu. Un tel connecteur barbé 10 discontinu est sous la forme d’arc successifs, par exemple en trois parties. La illustre une variante de réalisation de l’invention, notamment destinée à la connexion entre deux tubes 3b flexibles ou semi-flexibles ou encore rigides. A ces fins, l’élément fluidique 3a est un pont de connexion qui a sensiblement la forme d’un cylindre creux portant deux dispositifs 1 selon l’invention. Chaque dispositif 1 est destiné à être en regard d’un élément fluidique 3b. Visible à la , les deux dispositifs 1 mis en œuvre sont symétriques par rapport au plan passant par le centre du premier élément fluidique 3a et normal à la direction Z d’écoulement des fluides. Cette forme de réalisation n’est pas limitative pour l’invention et le pont de connexion fluidique 3a peut porter deux dispositifs 1 de formes différentes. La illustre une puce fluidique comprenant trois dispositifs 1 selon l’invention. Chacune des trois entrées ou sorties visibles de la puce fluidique 3 est apte à être connectée au moyen d’un dispositif 1 avec un autre élément fluidique 3b (non représenté) afin d’assurer la continuité et de garantir la fiabilité de l’écoulement entre les différents éléments. Un système de maintien supplémentaire extérieur est illustré à la . Il s’agit, par exemple, d’un ruban adhésif 20 disposé autour de la connexion entre les deux éléments fluidiques 3a,3b. D’autres systèmes de maintien supplémentaire peuvent augmenter la sécurité de la connexion. Un connecteur barbé 10 compatible avec l’invention présente une forme en surépaisseur sur la surface intérieure de la cavité définissant une entrée ou une sortie d’un élément fluidique 3,3a. Selon la forme de réalisation, illustrée à la , les connecteurs barbés 10 sont continus, c’est-à-dire qu’il présente la forme d’un anneau continu en surépaisseur de la surface intérieure des entrées ou sorties de la puce fluidique 3. La illustre schématique le profil d’un dispositif 1 comprenant plusieurs connecteurs barbés 10. Ce profil est de forme sensiblement triangulaire comprenant un méplat Lrim en son sommet. Un premier angle β définit le profil du connecteur barbé 10. Cet angle β est présent sur le côté destiné à recevoir l’élément fluidique 3b. L’angle α est à l’opposé du premier angle β. La longueur h correspond à la hauteur du connecteur barbé 10. La longueur b définit l’espacement entre deux connecteurs barbés 10. La longueur r définit le rayon interne de l’entrée ou de la sortie de l’élément fluidique 3a portant le dispositif 1 selon l’invention, soit la moitié de la valeur du diamètre de ladite entrée ou sortie. Et l’angle γ définit un angle de réduction entre la direction formée par les crêtes successives des connecteurs barbés 10, dans le cas où la hauteur h de chacun des connecteurs barbés 10 augmentent, et la direction Z correspondant à la direction d’insertion du deuxième élément fluidique 3b. Selon un exemple de réalisation de l’invention comprenant quatre connecteurs barbés 10 situé sur une entrée d’élément fluidique 3a comprenant un diamètre de valeur comprise entre 1,48 et 1,58 mm. L’angle α est compris entre 60 et 90°. L’angle β est compris entre 135 et 140°. La hauteur de chaque connecteur barbé est comprise entre 0,15 et 0,31 mm. Ces plages de valeur sont compatibles avec l’invention dans cet exemple de réalisation. Selon cette forme de réalisation, l’angle γ peut varier entre 0 et 7,78°. De manière préférentielle, l’angle γ est proche de zéro. Cette forme de réalisation n’est pas limitative pour l’invention. En effet, et notamment pour la connexion de deux micro-canaux de deux éléments fluidiques, d’autres grandeurs sont compatibles avec l’invention. Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l’invention dans le cadre des revendications annexées. Dispositif (1) de connexion entre deux micro-canaux ou deux milli-canaux (2,2a,2b) de deux éléments fluidiques (3,3a,3b) comprenant des moyens de maintien complémentaires du dispositif (1) avec une surface extérieure dédiée d’un des deux éléments fluidiques (3,3b). Dispositif (1) de connexion selon la revendication précédente dans lequel les moyens de maintien complémentaires comprennent au moins un connecteur barbé (10) continu situé dans une cavité dédiée d’un élément fluidique (3,3a), ledit connecteur barbé (10) étant en appui sur la surface extérieure dédiée d’un des deux éléments fluidiques (3b). Dispositif (1) de connexion selon l’une des revendications précédentes dans lequel les moyens de maintien complémentaires comprennent au moins deux connecteurs barbés (10) parallèles les uns aux autres en appui sur la surface extérieure dédiée d’un des deux éléments fluidiques (3b). Dispositif (1) de connexion selon l’une des revendications 2 ou 3 dans lequel le premier élément fluidique (3,3a) comprend au moins un connecteur barbé (10) dans une cavité et un second élément fluidique (3b) comprend la surface extérieure dédiée. Dispositif (1) de connexion selon la revendication précédente dans lequel l’élément fluidique (3,3a) qui porte au moins le connecteur barbé (10) comprend un matériau plus rigide que le second élément fluidique (3a). Dispositif (1) de connexion selon l’une des revendications 2 à 5 dans lequel au moins un connecteur barbé (10) comprend un profil sensiblement polygonal. Dispositif (1) de connexion selon la revendication précédente dans lequel au moins un connecteur barbé (10) comprend un profil sensiblement triangulaire droit. Dispositif (1) de connexion selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’un des éléments fluidiques (3,3b) comprend un tube flexible ou un tube semi-flexible ou un tube rigide ou une buse munie d’une pointe. Dispositif (1) de connexion selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’un des éléments fluidiques (3,3a,3b) comprend une puce micro-fluidique ou milli-fluidique. Dispositif (1) de connexion selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre un système de maintien supplémentaire (20) extérieur. Puce micro-fluidique ou milli-fluidique (3,3a) comprenant un dispositif (1) de connexion selon l’une des revendications 1 à 10 entre un micro-canal ou un milli-canal de la puce et un micro-canal ou un milli-canal d’un élément fluidique. Pont de connexion (3,3a) entre deux micro-canaux ou deux milli-canaux (2b) de deux éléments fluidiques (3b) comprenant deux dispositifs (1) selon l’une des revendications 1 à 10, chaque dispositif (1) est connecté à un des deux éléments fluidiques (3b).