Brevet FR3158893A1 — publié le 20250808

L'invention porte sur un procédé de vidange d'un mélangeur microfluidique (10) destiné à mélanger deux liquides comportant: - au moins un premier réservoir de liquide (11) et un deuxième réservoir de liquide (12), - un premier canal d'entrée (21), - un deuxième canal d'entrée (22), - ledit premier canal d'entrée (21) et ledit deuxième canal d'entrée (22) convergeant vers une jonction (23) à laquelle est connectée un canal de sortie (25), - ledit procédé comportant une étape d'application d'une première pression (P1) à l'intérieur du premier réservoir de liquide (11) et d'une deuxième pression (P2) à l'intérieur du deuxième réservoir de liquide (12), un premier profil temporel de la première pression (P1) et un deuxième profil temporel de la deuxième pression (P2) étant tels que la première pression (P1) et la deuxième pression (P2) sont alternativement supérieures l’une à l’autre. Figure pour abrégé: Figure 1 PROCÉDÉ DE VIDANGE DE RÉSERVOIRS D'UN MÉLANGEUR MICROFLUIDIQUE La présente invention porte sur un procédé de vidange de réservoirs d'un mélangeur microfluidique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour vidanger des réservoirs d'un mélangeur microfluidique utilisé pour réaliser des nanoprécipitations par mélange de lipides dissous dans différents solvants et de molécules d'intérêt en solution aqueuse. De façon connue en soi, un mélangeur microfluidique peut comporter au moins un premier réservoir de liquide et un deuxième réservoir de liquide. Un premier canal d'entrée ayant une première résistance hydraulique est en communication fluidique avec le premier réservoir de liquide. Un deuxième canal d'entrée ayant une deuxième résistance hydraulique est en communication fluidique avec le deuxième réservoir de liquide. Le premier canal d'entrée et le deuxième canal de fluide convergent vers une jonction à laquelle est connectée un canal de sortie à l'intérieur duquel se produit un mélange de liquide. L’application d’une pression identique à l'intérieur du premier réservoir et du deuxième réservoir ne permet pas de garantir l'évacuation totale des liquides présents dans les réservoirs dans le cas où il reste encore du liquide dans un des réservoirs alors que l'autre termine sa vidange. En effet, dès qu’un des réservoirs est entièrement vidangé, le réservoir contenant encore du liquide "voit" la même pression à son entrée et à sa sortie. De ce fait, plus aucun liquide ne s’écoule entre ces deux points et le réservoir contenant encore du liquide ne se vide plus. Le système ne fait que souffler de l’air à travers le réservoir vide. Le problème est d’autant plus difficile à traiter qu’il n’est souvent pas possible de savoir quel réservoir est encore plein, par exemple quand le circuit microfluidique se trouve à l’intérieur d’un boîtier ou que les réservoirs ne sont pas transparents. L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un procédé de vidange d'un mélangeur microfluidique destiné à mélanger deux liquides comportant: - au moins un premier réservoir de liquide destiné à contenir un premier liquide et un deuxième réservoir de liquide destiné à contenir un deuxième liquide, - un premier canal d'entrée étant en communication fluidique avec le premier réservoir de liquide, - un deuxième canal d'entrée étant en communication fluidique avec le deuxième réservoir de liquide, - ledit premier canal d'entrée et ledit deuxième canal d'entrée convergeant vers une jonction à laquelle est connectée un canal de sortie à l'intérieur duquel est destiné à se produire un mélange de liquide, - ledit procédé comporte une étape d'application d'une première pression à l'intérieur du premier réservoir de liquide et d'une deuxième pression à l'intérieur du deuxième réservoir de liquide, un premier profil temporel de la première pression et un deuxième profil temporel de la deuxième pression étant tels que la première pression et la deuxième pression sont alternativement supérieures l’une à l’autre. L'invention permet ainsi de garantir que les deux réservoirs finiront nécessairement par être vidés indépendamment de leur niveau initial de remplissage et des débits de vidange effectifs. En outre, l'invention permet de garantir qu’en cas d’obturation intempestive du canal de sortie, les liquides vont s’écouler d’un réservoir à l’autre alternativement en petites quantités, ce qui évite un débordement. Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier profil temporel de la première pression présente une première valeur minimale de pression et une première valeur maximale de pression, et le deuxième profil temporel de la deuxième pression présente une deuxième valeur minimale et une deuxième valeur maximale. Selon une mise en œuvre de l'invention, la première valeur minimale de pression et la deuxième valeur minimale de pression sont supérieures à une pression existante en sortie du canal de sortie, notamment la pression atmosphérique. Selon une mise en œuvre de l'invention, la première valeur minimale de pression et la deuxième valeur minimale de pression sont identiques et valent par exemple de l'ordre de 4x10 5 Pa (4 bars). Selon une mise en œuvre de l'invention, la première valeur maximale de pression et la deuxième valeur maximale de pression sont identiques et valent par exemple de l'ordre de 8x10 5 Pa (8 bars). Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier profil temporel de la première pression et le deuxième profil temporel de la deuxième pression sont périodiques. Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier profil temporel de la première pression et le deuxième profil temporel de la deuxième pression sont choisis parmi des profils de type sinusoïdal, triangulaire ou en créneau. Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier profil temporel de la première pression et le deuxième profil temporel de la deuxième pression présentent chacun une fréquence comprise entre 0.01Hz et 5Hz et valant de préférence 1Hz. Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier profil temporel de la première pression et le deuxième profil temporel de la deuxième pression sont en opposition de phase l'un par rapport à l'autre. Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier profil temporel de la première pression et le deuxième profil temporel de la deuxième pression évoluent au cours du temps avec une première pression minimale et une deuxième pression minimale élevées et des variations de pression relativement faibles au début d'une phase de vidange pour évacuer efficacement les liquides contenus dans le premier réservoir de liquide et dans le deuxième réservoir de liquide, puis une première pression minimale et une deuxième pression minimale plus basses et des variations de pression plus grandes en fin de la phase de vidange. Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier profil temporel de la première pression et le deuxième profil temporel de la deuxième pression sont choisis de sorte que la somme des deux pressions est constante à chaque instant au moins sur une partie d’une durée d'une phase de vidange. La présente invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentées à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles: FIG. 1 La FIG. 1 est une représentation schématique d'un mélangeur microfluidique avec lequel est mis en œuvre le procédé de vidange selon la présente invention; FIG. 2 La FIG. 2 est une représentation graphique des profils temporels des pressions appliquées à l'intérieur du premier réservoir de liquide et du deuxième réservoir de liquide du mélangeur de la FIG. 1 . La FIG. 1 montre un mélangeur microfluidique 10 destiné à mélanger deux fluides comportant au moins un premier réservoir de liquide 11 destiné à contenir un premier liquide et un deuxième réservoir de liquide 12 destiné à contenir un deuxième liquide. Le premier réservoir de liquide 11 est associé à un premier régulateur de pression 13 apte à faire varier une première pression P1 appliquée par une première source de pression 14 à l'intérieur du premier réservoir de liquide 11. Le deuxième réservoir de liquide 12 est associé à un deuxième régulateur de pression 15 apte à faire varier une deuxième pression P2 appliquée par une deuxième source de pression 16 à l'intérieur du premier réservoir. La première source de pression 13 et la deuxième source de pression 16 peuvent être des sources de pression pneumatiques. La première source de pression 13 et la deuxième source de pression 16 peuvent être distinctes ou communes. Les pressions P1 et P2 sont à considérer comme des surpressions par rapport à un niveau de pression existant en sortie du canal de mélange 25 décrit plus en détails ci-après. Un calculateur 19 est apte à piloter en pression le premier régulateur de pression 13 et le deuxième régulateur de pression 15. Un premier canal d'entrée 21 ayant une première résistance hydraulique R1 est en communication fluidique avec le premier réservoir de liquide 11. Un deuxième canal d'entrée 22 ayant une deuxième résistance hydraulique R2 est en communication fluidique avec le deuxième réservoir de liquide 12. Le premier canal d'entrée 21 et le deuxième canal d'entrée 22 convergent vers une jonction 23 à laquelle est connectée un canal de sortie 25 à l'intérieur duquel est destiné à se produire un mélange de liquide. Le premier canal d'entrée 21, le deuxième canal d'entrée 22 et le canal de sortie 25 forme ainsi un circuit microfluidique en forme de Y. Le canal de sortie 25 a une résistance hydraulique R3 inférieure à chacune des résistances hydrauliques R1, R2 du premier canal d'entrée 21 et du deuxième canal d'entrée 22 prises individuellement. En variante, la résistance hydraulique R3 peut être du même ordre de grandeur que les résistances hydrauliques R1 et R2 prises individuellement. Dans certains modes de réalisation, la résistance R3 est inférieure à chacune des résistances hydrauliques R1, R2 du premier canal d'entrée 21 et du deuxième canal d'entrée 22 prises individuellement. Le premier canal d'entrée 21, le deuxième canal d'entrée 22 et le canal de sortie 25 peuvent être intégrés dans une puce microfluidique 26. Le canal de sortie 25 peut présenter toute forme connue de canal de mélange, notamment une forme de serpentin carrée d'un côté et arrondie de l'autre (configuration dite déflecteur ("baffle" selon la terminologie anglosaxonne)) ou être muni intérieurement de murets augmentant les repliements de l'écoulement sur lui-même, favorisant ainsi le mélange du liquide (configuration dite en chevron ("herringbone" selon la terminologie anglosaxonne)), ou toute autre forme adaptée à l'application. Le calculateur 19 pilote le premier régulateur de pression 13 et le deuxième régulateur de pression 15 de façon à appliquer une première pression P1 à l'intérieur du premier réservoir de liquide 11 et une deuxième pression P2 à l'intérieur du deuxième réservoir de liquide 12. Avantageusement, un premier profil temporel TP1 de la première pression P1 et un deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 sont tels que la première pression P1 et la deuxième pression P2 sont alternativement supérieures l’une à l’autre. Un profil temporel de pression TP1, TP2 correspond à la courbe représentative de l'évolution de la pression P1, P2 correspondante en fonction du temps. Ainsi, suivant l'évolution temporelle de la première pression P1 et de la deuxième pression P2, la première pression P1 est supérieure à la deuxième pression P2 à un instant donné, par exemple à l'instant t1, puis la deuxième pression P2 devient supérieure à la première pression P1 à un autre instant, par exemple à l'instant t2 et ainsi de suite. Le premier profil temporel TP1 de la première pression P1 présente une première valeur minimale de pression MinP1 et une première valeur maximale de pression MaxP1. Le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 présente une deuxième valeur minimale MinP2 et une deuxième valeur maximale MaxP2. La première valeur minimale de pression MinP1 et la deuxième valeur minimale de pression MinP2 sont supérieures à une pression existante en sortie du canal de sortie 25, notamment la pression atmosphérique. Suivant un exemple de mise en œuvre, la première valeur minimale de pression MinP1 et la deuxième valeur minimale de pression MinP2 sont identiques et valent par exemple de l'ordre de 4x10 5 Pa (4 bars). La première valeur maximale de pression MaxP1 et la deuxième valeur maximale de pression MaxP2 sont identiques et valent par exemple de l'ordre de 8x10 5 Pa (8 bars). En variante, la première valeur minimale de pression MinP1 et la deuxième valeur minimale de pression MinP2 peuvent être différentes. La première valeur maximale de pression MaxP1 et la deuxième valeur maximale de pression MaxP2 peuvent être différentes. Le premier profil temporel TP1 de la première pression P1 et le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 peuvent être périodiques. De préférence, le premier profil temporel TP1 de la première pression P1 et le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 sont choisis parmi des profils de type sinusoïdal tel que cela est représenté sur la FIG. 2 , triangulaire ou en créneau. Le premier profil temporel TP1 de la première pression P1 et le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 présentent chacun une fréquence comprise entre 0.01Hz et 5Hz et valant de préférence 1Hz. Il est à noter qu'une fréquence trop basse a pour inconvénient de perdre la sécurité anti-débordement si le canal de sortie 25 est bouché. Avantageusement, le premier profil temporel de la première pression P1 et le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 sont en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, tel que montré sur la FIG. 2 . Autrement dit, le premier profil temporel TP1 de la première pression P1 et le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 présentent un déphasage de 180 degrés l'un par rapport à l'autre. Alternativement, le déphasage entre les deux profils temporels de pression TP1, TP2 peut être différent de 180 degrés. Suivant un exemple particulier de mise en œuvre, le premier profil temporel TP1 de la première pression P1 et le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 évoluent au cours du temps avec par exemple une première pression minimale MinP1 et une deuxième pression minimale MinP2 élevées et des variations de pression relativement faibles au début d'une phase de vidange pour évacuer efficacement les liquides contenus dans le premier réservoir de liquide 11 et dans le deuxième réservoir de liquide 12, puis une première pression minimale MinP1 et une deuxième pression minimale MinP2 plus basses et des variations de pression plus grandes en fin de la phase de vidange. Les expressions "plus basses" et "plus grandes" sont à comprendre par référence aux valeurs de pression MinP1, MinP2 et de variations de pression appliquées au début de la phase de vidange. Le premier profil temporel TP1 de la première pression P1 et le deuxième profil temporel TP2 de la deuxième pression P2 peuvent être choisis de sorte que la somme des deux pressions P1, P2 est constante à chaque instant au moins sur une partie d’une durée d'une phase de vidange. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente 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. En outre, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association. Procédé de vidange d'un mélangeur microfluidique (10) destiné à mélanger deux liquides comportant: - au moins un premier réservoir de liquide (11) destiné à contenir un premier liquide et un deuxième réservoir de liquide (12) destiné à contenir un deuxième liquide, - un premier canal d'entrée (21) étant en communication fluidique avec le premier réservoir de liquide 11, - un deuxième canal d'entrée (22) étant en communication fluidique avec le deuxième réservoir de liquide (12), - ledit premier canal d'entrée (21) et ledit deuxième canal d'entrée (22) convergeant vers une jonction (23) à laquelle est connectée un canal de sortie (25) à l'intérieur duquel est destiné à se produire un mélange de liquide, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape d'application d'une première pression (P1) à l'intérieur du premier réservoir de liquide (11) et d'une deuxième pression (P2) à l'intérieur du deuxième réservoir de liquide (12), un premier profil temporel (TP1) de la première pression (P1) et un deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression (P2) étant tels que la première pression (P1) et la deuxième pression (P2) sont alternativement supérieures l’une à l’autre. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier profil temporel (TP1) de la première pression (P1) présente une première valeur minimale de pression (MinP1) et une première valeur maximale de pression (MaxP1), et le deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression P2 présente une deuxième valeur minimale (MinP2) et une deuxième valeur maximale (MaxP2). Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première valeur minimale de pression (MinP1) et la deuxième valeur minimale de pression (MinP2) sont supérieures à une pression existante en sortie du canal de sortie (25), notamment la pression atmosphérique. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la première valeur minimale de pression (MinP1) et la deuxième valeur minimale de pression (MinP2) sont identiques et valent par exemple de l'ordre de 4x10 5 Pa. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la première valeur maximale de pression (MaxP1) et la deuxième valeur maximale de pression (MaxP2) sont identiques et valent par exemple de l'ordre de 8x10 5 Pa. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier profil temporel (TP1) de la première pression (P1) et le deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression (P2) sont périodiques. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier profil temporel (TP1) de la première pression (P1) et le deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression (P2) sont choisis parmi des profils de type sinusoïdal, triangulaire ou en créneau. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier profil temporel (TP1) de la première pression (P1) et le deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression (P2) présentent chacun une fréquence comprise entre 0.01Hz et 5Hz et valant de préférence 1Hz. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier profil temporel de la première pression (P1) et le deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression (P2) sont en opposition de phase l'un par rapport à l'autre. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier profil temporel (TP1) de la première pression (P1) et le deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression (P2) évoluent au cours du temps avec une première pression minimale (MinP1) et une deuxième pression minimale (MinP2) élevées et des variations de pression relativement faibles au début d'une phase de vidange pour évacuer efficacement les liquides contenus dans le premier réservoir de liquide (11) et dans le deuxième réservoir de liquide (12), puis une première pression minimale (MinP1) et une deuxième pression minimale (MinP2) plus basses et des variations de pression plus grandes en fin de la phase de vidange. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le premier profil temporel (TP1) de la première pression (P1) et le deuxième profil temporel (TP2) de la deuxième pression (P2) sont choisis de sorte que la somme des deux pressions (P1, P2) est constante à chaque instant au moins sur une partie d’une durée d'une phase de vidange.