Brevet FR3157215A1 — publié le 20250627

Procédé (100) de préparation d’un micro-canal tubulaire pour une chromatographie en phase gazeuse, le micro-canal étant gravé sur une puce (1), le procédé (100) comprenant les étapes suivantes : - fonctionnalisation (101) chimique d’un support, dans le micro-canal, pour adapter la nature chimique du support pour un dépôt d’une phase stationnaire sur ledit support, - dépôt (103) de la phase stationnaire sur ledit support dans lequel la fonctionnalisation (101) chimique du support comprend une introduction dans le micro-canal d’un réactif, le réactif étant introduit sous une forme concentrée selon un taux de pureté compris entre 95% et 100%, de préférence selon un taux de pureté compris entre 99% et 100%. Figure 3 Procédé de préparation d’un micro-canal tubulaire pour une chromatographie en phase gazeuse La présente invention concerne le domaine de la chromatographie, et en particulier des procédés de fabrication de colonnes de chromatographie en phase gazeuse. Il est connu de fabriquer une ou plusieurs micro-colonnes sur une puce en silicium ou en verre, selon la technologie dite MEMS (Micro-Electro-Mechanical System), la puce ayant par exemple une épaisseur de 500 µm ; selon un exemple de réalisation, les micro-colonnes forment un micro-canal, avec une section carrée de 120 µm, et une longueur de 5 m, gravé en serpentin sur la puce en silicium, avec une entrée et une sortie fluidique du micro-canal usinées sur la puce en silicium. Il est également connu de déposer, selon une méthode dite statique, une phase stationnaire dans les micro-colonnes. Les méthodes connues de dépôt de la phase stationnaire appliquée sur les micro-colonnes complique la mise en œuvre d’une fonctionnalisation chimique de la surface des micro-colonnes, fonctionnalisation qui est habituellement réalisée à haute température, typiquement à des températures comprises entre 300 °C et 400 °C. En outre, les performances des micro-colonnes obtenues par avec les méthodes connues de dépôt de la phase stationnaire ont des performances insuffisantes pour certaines applications. L’invention a donc pour but de proposer une solution à tout ou partie de ces problèmes. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de préparation d’un micro-canal tubulaire pour une chromatographie en phase gazeuse, le micro-canal étant gravé sur une puce, le procédé comprenant les étapes suivantes : - fonctionnalisation chimique d’un support, dans le micro-canal, pour adapter la nature chimique du support pour un dépôt d’une phase stationnaire sur ledit support, - dépôt de la phase stationnaire sur ledit support dans lequel la fonctionnalisation chimique du support comprend une introduction dans le micro-canal d’un réactif, le réactif étant introduit sous une forme concentrée selon un taux de pureté compris entre 95% et 100%, de préférence selon un taux de pureté compris entre 99% et 100%. Selon ces dispositions, le procédé permet d’obtenir une meilleure accroche de la phase stationnaire sur le support, du fait d’une meilleure désactivation du support. Cette meilleure accroche de la phase stationnaire a pour conséquence une réduction de l’asymétrie des pics de détection chromatographique par la puce. Autrement dit, selon ces dispositions, des performances chromatographiques particulières sont obtenues, associées à une augmentation de la rétention, de la stabilité et de l’efficacité du dépôt, avec une réduction de l’asymétrie des pics chromatographiques, ladite asymétrie tendant vers 1 après la mise en œuvre du procédé sur le micro-canal. Selon un mode de mise en œuvre, l’invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison techniquement acceptable. Selon un mode de mise en œuvre, la puce est en silicium ou en verre. Selon un mode de mise en œuvre, une section du micro-canal a une dimension comprise entre 10 µm et 200 µm, de préférence entre 50 µm et 150 µm, de préférence égale à 120 µm. Selon un mode de mise en œuvre, la section est carrée, ou rectangulaire. Selon un mode de mise en œuvre, le micro-canal a une longueur comprise entre 0,5 m et 10 m, de préférence égale à 5 m. Selon un mode de mise en œuvre, la longueur du micro-canal est étendue en forme de serpentin. Selon un mode de mise en œuvre, le support est une surface intérieure du micro-canal. Selon un mode de mise en œuvre, le réactif est l’un parmi : l’hexaméthyldisilazane, le N,N-Diméthyltriméthylsilylamine, le N-triméthylsilylimidazole. Selon ces dispositions, la fonctionnalisation chimique du support comprend un greffage de groupements chimiques triméthylsilyle sur le support. Selon un mode de mise en œuvre, l’introduction du réactif dans le micro-canal est réalisé de manière continue et selon une vitesse d’introduction constante. Selon ces dispositions, l’étape de fonctionnalisation est dynamique, autrement dit l’étape de fonctionnalisation se déroule de manière continue au cours d’une période de temps correspondant à une durée d’introduction du réactif. Selon un mode de mise en œuvre, la vitesse d’introduction du réactif est comprise entre 0,01 ml/h et 0,03 ml/h, de préférence égale à 0,02 ml/h. Selon un mode de mise en œuvre, l’introduction du réactif dans le micro-canal comprend une utilisation d’un pousse-seringue pour délivrer un volume de réactif contenu dans une seringue, par exemple 1 ml, à débit constant dans le micro-canal, le pousse-seringue étant relié avec une entrée du micro-canal par un tube capillaire. Selon ces dispositions, une pression exercée par le pousse-seringue permet de compenser une viscosité importante du réactif liée à son utilisation sans dilution. Selon un mode de mise en œuvre, la puce est maintenue à une température déterminée pendant l’étape de fonctionnalisation. Selon un mode de mise en œuvre, la température déterminée est comprise entre 50 °C et 150 °C, de préférence égale à 100° C. Selon un mode de mise en œuvre, la puce est placée dans un four maintenu à la température déterminée. Selon ces dispositions, le procédé permet de s’affranchir d’une fonctionnalisation habituellement réalisée à haute température, i.e. à des températures comprises entre 300 °C et 400 °C en système clos, qui ne peut pas être conduite sur certains systèmes, notamment sur des systèmes miniaturisés basés sur les technologies MEMS. Selon un mode de mise en œuvre, le dépôt de la phase stationnaire comprend un dépôt par évaporation. Selon un mode de mise en œuvre, le dépôt par évaporation comprend un contrôle d’une vitesse du dépôt. Selon un mode de mise en œuvre, le contrôle de la vitesse du dépôt comprend une évaporation par application d’une pression d’aspiration inférieure à une pression déterminée. Selon un mode de mise en œuvre, la pression déterminée est comprise entre 350 mBar et 450 mBar, de préférence égale à 400 mBar. Selon un mode de mise en œuvre, l’application d’une pression d’aspiration comprend une utilisation d’une pompe à vide directement reliée à l’entrée du micro-canal par un tube capillaire pour créer la dépression recherchée, une sortie du micro-canal étant fermée pendant l’étape d’application de la pression d’aspiration. Selon ces dispositions, la vitesse du dépôt est limitée à une valeur maximum. Selon ces dispositions, les performances chromatographiques sont améliorées. Selon un mode de mise en œuvre, pendant l’étape de dépôt de la phase stationnaire, la puce est placée dans un bain thermostaté. Selon un mode de mise en œuvre, la phase stationnaire est l’un parmi : le polysiloxane, ou PDMS, et le polyéthylyèneglycol, ou PEG. Selon un mode de mise en œuvre, le procédé comprend une étape de traitement du support avec l’application d’un revêtement sur le support, avant l’étape de dépôt de la phase stationnaire sur le support. Selon un mode de mise en œuvre, le revêtement est un revêtement d’alumine ou un revêtement d’oxyde de titane. Pour sa bonne compréhension, un mode de réalisation et/ou de mise en oeuvre de l’invention est décrit en référence aux dessins ci-annexés représentant, à titre d’exemple non limitatif, une forme de réalisation ou de mise en œuvre respectivement d’un dispositif et/ou d’un procédé selon l’invention. Les mêmes références sur les dessins désignent des éléments similaires ou des éléments dont les fonctions sont similaires. FIG. 1 est une représentation schématique d’un montage pour la mise en œuvre d’une étape de fonctionnalisation du procédé selon un mode de mise en œuvre de l’invention. FIG. 2 est une représentation schématique d’un montage pour la mise en œuvre d’une étape de dépôt de phase stationnaire du procédé selon un mode de mise en œuvre de l’invention. FIG. 3 est une représentation schématique de la séquence des étapes du procédé selon un mode de mise en œuvre de l’invention. La présente invention concerne un procédé 100 de préparation d’un micro-canal tubulaire, gravé sur une puce 1, et configuré pour la mise en œuvre d’une chromatographie en phase gazeuse. Le micro-canal a, par exemple, une section carrée ou rectangulaire. Une section du micro-canal a une dimension comprise entre 10 µm et 200 µm, de préférence entre 50 µm et 150 µm, de préférence égale à 120 µm. Le micro-canal a, par exemple, une longueur comprise entre 0,5 m et 10 m, de préférence égale à 5 m. En particulier, la longueur du micro-canal est étendue en forme de serpentin sur la puce 1. La puce 1 est, par exemple, réalisée en silicium ou en verre. Le procédé 100 comprend les étapes suivantes : - fonctionnalisation 101 chimique d’un support, dans le micro-canal, pour adapter la nature chimique du support pour un dépôt d’une phase stationnaire sur ledit support ; ledit support est, par exemple, une surface intérieure du micro-canal. - dépôt 103 de la phase stationnaire sur ledit support. La fonctionnalisation 101 chimique du support comprend une introduction dans le micro-canal d’un réactif, le réactif étant introduit sous une forme concentrée selon un taux de pureté compris entre 95% et 100%, de préférence selon un taux de pureté compris entre 99% et 100%. Selon ces dispositions particulières, le procédé 100 permet d’obtenir une meilleure accroche de la phase stationnaire sur le support, du fait d’une meilleure désactivation du support. Cette meilleure accroche de la phase stationnaire a pour conséquence une réduction de l’asymétrie des pics de détection chromatographique par la puce évaluée grâce au facteur d’asymétrie dont la formule est : F s = Où Fs est le facteur d’asymétrie du pic, b 5% est la demi-largeur de droite du pic à 5 % de la hauteur du pic et a 5% est la demi-largeur de gauche du pic à 5 % de la hauteur du pic. Autrement dit, selon ces dispositions, une amélioration des performances chromatographiques est obtenue, associée à une augmentation de la rétention, de la stabilité et de l’efficacité du dépôt, l’amélioration se traduisant par une réduction de l’asymétrie des pics chromatographiques, ladite asymétrie tendant vers 1 après la mise en œuvre du procédé sur le micro-canal. En particulier, le réactif peut être l’un des composants suivants : l’hexaméthyldisilazane (HDMS), le N,N-Diméthyltriméthylsilylamine (TMSDMA), ou le N-triméthylsilylimidazole . Ainsi, l’étape de fonctionnalisation 101 chimique du support comprend un greffage de groupements chimiques triméthylsilyle sur le support. Le tableau ci-dessous permet d’illustrer l’amélioration des performances obtenue avec un micro-canal préparé selon le procédé 100, en utilisant l’un de ces réactifs pour désactiver la surface du support, lorsque le réactif est introduit sous une forme concentrée, selon un taux de pureté compris de préférence entre 99% et 100%. Un mélange gazeux de référence comprenant les différents composés gazeux de la première colonne du tableau, chaque composé du mélange ayant un rôle particulier indiqué dans la deuxième colonne du tableau, dans une colonne chromatographique munie en sortie d’une puce avec un micro-canal chromatographique préparé selon un procédé connu (cf. résultats de détection présentés dans la 3 ème colonne du tableau), puis dans une colonne chromatographique munie en sortie d’une puce avec un micro-canal chromatographique préparé selon l’invention avec un réactif de type HDMS à l’état pur (cf. résultats de détection présentés dans la 4 ème colonne du tableau), puis dans une colonne chromatographique munie en sortie d’une puce avec un micro-canal chromatographique préparé selon l’invention avec un réactif de type TMSDMA à l’état pur (cf. résultats de détection présentés dans la 5 ème colonne du tableau), puis dans une colonne chromatographique munie en sortie d’une puce avec un micro-canal chromatographique préparé selon l’invention avec un réactif de type N-triméthylsilylimidazole à l’état pur (cf. résultats de détection présentés dans la 6 ème colonne du tableau). Pour chaque composé du mélange gazeux de référence, la valeur numérique indiquée dans le tableau, à l’intersection de la ligne correspondant à ce composé et de la colonne correspondant au dispositif chromatographique évalué, est une mesure de l’asymétrie d’un pic chromatographique, mesuré à une hauteur de 10% du pic chromatographique correspondant à ce composé. Idéalement le facteur d’asymétrie doit être proche de 1. Dans le pire de cas l’étalement dans le temps de la détection du composé est tel que le facteur d’asymétrie est quasiment infini, ce qui est figuré dans le tableau par NE. Il apparaît que, lorsque le chromatographe utilisé comprend une puce avec un micro-canal préparé avec l’un des réactifs cités, conformément au procédé selon l’invention, c’est-à-dire que ledit réactif a été introduit à l’étape de fonctionnalisation à l’état quasiment pur, selon les taux de puretés indiqués ci-dessus, alors le facteur d’asymétrie du pic chromatographique se rapproche de 1 (colonnes 4, 5 et 6 du tableau) pour des composés (lignes 5 à 9 du tableau) pour lesquels ce facteur d’asymétrie est très supérieur à 1 avec des chromatographes comprenant une colonne connue (colonne 3 du tableau). Composés Role Colonne connue + Puce avec micro-canal préparé selon procédé connu Colonne connue + Puce avec micro-canal préparé selon l’invention avec réactif HDMS pur Colonne connue + Puce avec micro-canal préparé selon l’invention avec réactif TMSDMA pur Colonne connue + Puce avec micro-canal préparé selon l’invention avec réactif N-triméthylsilylimidazole pur n -octane Mesure de l’efficacité 1.03 1.02 1.03 1.03 n -decane Mesure de l’efficacité 1.03 1.04 1.05 1.04 Propylbenzene Mesure de l’efficacité 0.98 0.98 1.00 0.98 3-octanone Mesure de l’efficacité 1.26 0.97 0.99 0.98 4-picoline Detection de site acide 13.55 2.62 2.93 4.78 1-heptanol Détection de site avec liaison hydrogène NE 1.79 1.84 2.05 Propionic acid Détection de site basique NE 1.58 2.05 1.56 Trimethyl Phosphate Detection de site acide NE 1.08 1.06 1.49 En particulier, l’introduction du réactif dans le micro-canal peut être réalisée de manière continue et selon une vitesse d’introduction constante. Ainsi, l’étape de fonctionnalisation est dynamique, i.e. l’étape de fonctionnalisation se déroule de manière continue au cours d’une période de temps correspondant à une durée d’introduction du réactif. Plus particulièrement, la vitesse d’introduction peut être comprise entre 0,01 ml/h et 0,03 ml/h, de préférence égale à 0,02 ml/h. Encore plus particulièrement, l’introduction du réactif dans le micro-canal comprend une utilisation d’un pousse-seringue 4 pour délivrer un volume de réactif contenu dans une seringue, par exemple 1 ml, à débit constant dans le micro-canal, le pousse-seringue 4 étant relié avec une entrée 2 du micro-canal par un tube capillaire, comme cela est illustré sur la FIG. 1 . Selon ces dispositions, une pression exercée par le pousse-seringue permet de compenser une viscosité importante du réactif, qui est liée à son utilisation sans dilution. Optionnellement, la puce 1 est maintenue à une température déterminée pendant l’étape de fonctionnalisation. A cet effet, la puce est placée dans un four 5 maintenu à la température déterminée. La température est typiquement comprise entre 50 °C et 150 °C, de préférence égale à 100° C. Ainsi, le procédé 100 selon l’invention permet de s’affranchir d’une fonctionnalisation habituellement réalisée à haute température, i.e. à des températures comprises entre 300 °C et 400 °C, qui ne peut pas être conduite sur certains systèmes, notamment sur des systèmes miniaturisés basés sur les technologies MEMS. Le dépôt 103 de la phase stationnaire comprend, par exemple, un dépôt par évaporation. Le dépôt par évaporation comprend, en particulier, un contrôle d’une vitesse du dépôt. Le contrôle de la vitesse du dépôt comprend, plus particulièrement, une application d’une pression d’aspiration inférieure à une pression déterminée, par exemple comprise entre 350 mBar et 450 mBar, de préférence égale à 400 mBar. A cet effet, il est par exemple possible d’utiliser une pompe à vide 6 directement reliée à l’entrée 2 du micro-canal par un tube capillaire pour créer la dépression recherchée, comme cela est illustré sur la FIG. 2 , une sortie 3 du micro-canal étant fermée pendant l’étape d’application de la pression d’aspiration. Ainsi, la vitesse du dépôt est limitée à une valeur maximum, et les performances chromatographiques sont améliorées. Pendant l’étape de dépôt de la phase stationnaire, la puce 1 peut être placée dans un bain thermostaté 7. La phase stationnaire est, par exemple, l’un des produits suivants : le polysiloxane, ou PDMS, et le polyéthylyèneglycol, ou PEG. Le procédé peut en outre comprendre une étape de traitement 102 du support, l’étape de traitement 12 consistant à appliquer un revêtement sur le support, avant l’étape de dépôt 103 de la phase stationnaire sur le support. Le revêtement est par exemple un revêtement d’alumine ou un revêtement d’oxyde de titane. Procédé (100) de préparation d’un micro-canal tubulaire pour une chromatographie en phase gazeuse, le micro-canal étant gravé sur une puce (1), le procédé (100) comprenant les étapes suivantes : - fonctionnalisation (101) chimique d’un support, dans le micro-canal, pour adapter la nature chimique du support pour un dépôt d’une phase stationnaire sur ledit support, - dépôt (103) de la phase stationnaire sur ledit support dans lequel la fonctionnalisation (101) chimique du support comprend une introduction dans le micro-canal d’un réactif, le réactif étant introduit sous une forme concentrée selon un taux de pureté compris entre 95% et 100%, de préférence selon un taux de pureté compris entre 99% et 100%. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel le support est une surface intérieure du micro-canal. Procédé (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le réactif est l’un parmi : l’hexaméthyldisilazane, le N,N-Diméthyltriméthylsilylamine, le N-triméthylsilylimidazole. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’introduction du réactif dans le micro-canal est réalisé de manière continue et selon une vitesse d’introduction constante. Procédé (100) selon la revendication 4, dans lequel la vitesse d’introduction du réactif est comprise entre 0,01 ml/h et 0,03 ml/h, de préférence égale à 0,02 ml/h. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la puce (1) est maintenue à une température déterminée pendant l’étape de fonctionnalisation. Procédé (100) selon la revendication 6, dans lequel la température déterminée est comprise entre 50 °C et 150 °C, de préférence égale à 100° C. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le dépôt (103) de la phase stationnaire comprend un dépôt par évaporation. Procédé (100) selon la revendication 8, dans lequel le dépôt par évaporation comprend un contrôle d’une vitesse du dépôt. Procédé (100) selon la revendication 9, dans lequel le contrôle de la vitesse du dépôt comprend une évaporation par application d’une pression d’aspiration inférieure à une pression déterminée. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la phase stationnaire est l’un parmi : le polysiloxane, ou PDMS, et le polyéthylyèneglycol, ou PEG. Procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 11, comprenant une étape de traitement (102) du support avec une application d’un revêtement sur le support, avant l’étape de dépôt (103) de la phase stationnaire sur le support. Procédé (100) selon la revendication 12, dans lequel le revêtement est un revêtement d’alumine ou un revêtement d’oxyde de titane.