PROCEDE DE DEPLACEMENT D'UN FLUIDE D'INTERET DANS UN CAPILLAIRE ET MICROSYSTEME FLUIDIQUE

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte à un procédé de déplacement d'un fluide d'intérêt dans un capillaire et à un microsystème fluidique.

[0002] Elle concerne en particulier le domaine de la microfluidique, et notamment des microsystèmes fluidiques. Elle permet de réaliser des procédés biologiques ou chimiques à haut débit.

[0003] Elle permet également, grâce à l'utilisation de techniques de micro-technologies de s'intégrer dans les dispositifs appelés aujourd'hui labopuce, ou "lab-on-a-chip" ou bien encore "micro-Total-Analysis-System" (MicroTAS) dans la terminologie anglo-saxonne.

[0004] Dans l'exemple "lab-on-a-chip" la présente invention peut être combinée à d'autres fonctions pour former un système plus complet et plus précis d'analyse biologique.

Art antérieur

[0005] Le développement et l'utilisation de microsystèmes fluidique permettant l'obtention d'informations chimiques ou biologiques est en croissance constante depuis quelques années.

[0006] Un des problèmes importants à résoudre pour la mise en oeuvre de cette nouvelle technologie des microcanaux est le problème du pilotage des écoulements ou déplacement des fluides à l'intérieur des microcanaux.

[0007] En outre, l'augmentation du débit des analyses peut nécessiter la mise en série le long des microcanaux de plusieurs liquides réactifs différents sous forme de bouchons, et s'ajoute alors le problème de la contamination biologique d'un bouchon par un autre.

[0008] Certaines techniques de l'art antérieur proposent d'utiliser des états de surface variables pour réguler les écoulements, mais imposent cependant des contraintes sur les propriétés physico-chimiques des fluides à transporter et un traitement précis des surfaces. Il est aussi possible d'utiliser la génération de bulles pour réguler les débits à l'intérieur de capillaires. Enfin des systèmes mécaniques de régulation de la pression hydrostatique existent également, implantés en amont des microcircuits ou en aval par exemple par mise en place d'une mèche constituée d'un matériau absorbant.

[0009] Malheureusement, outre le manque de précision de ces systèmes, et leur difficulté de mise en oeuvre, aucun d'eux ne résout les problèmes précités de l'art antérieur.

Exposé de l'invention

[0010] La présente invention a précisément pour but de fournir une solution aux problèmes précités de l'art antérieur en fournissant un procédé de déplacement d'un fluide d'intérêt dans un capillaire comprenant les étapes suivantes :

• on dispose dans ledit capillaire au moins un train de ferrofluide, ledit train de ferrofluide comprenant un bouchon de ferrofluide et, placé à au moins une des deux extrémités du bouchon de ferrofluide et solidaire à celui-ci, un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt,
• on dispose dans ledit capillaire, au voisinage du train de ferrofluide, ledit fluide d'intérêt, et
• on commande le déplacement du fluide d'intérêt dans ledit capillaire par action sur ledit bouchon de ferrofluide d'un champ magnétique généré par un système magnétique disposé à l'extérieur dudit capillaire

[0011] La présente invention fournit également un microsystème fluidique de déplacement d'un fluide d'intérêt comprenant d'une part un capillaire dans lequel est disposé au moins un train de ferrofluide et d'autre part, à l'extérieur dudit capillaire, un système magnétique permettant de produire un champ magnétique pour commander le déplacement du train de ferrofluide dans le capillaire, ledit train de ferrofluide comprenant un bouchon de ferrofluide et, placé à au moins une des deux extrémités du bouchon de ferrofluide et solidaire à celui-ci, un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt.

[0012] Par fluide d'intérêt on entend tout fluide liquide ou gazeux qu'il est nécessaire de déplacer dans un capillaire, par exemple dans des microsystèmes d'analyse. Le fluide d'intérêt peut être par exemple un réactif chimique, un liquide biologique, une solution aqueuse, etc.

[0013] Par bouchon, on entend un volume de fluide se trouvant dans le capillaire et formant par capillarité un « cylindre » épousant la forme de la paroi interne du capillaire. Autrement dit, le fluide placé dans le capillaire forme un bouchon lorsqu'il occupe, sur une longueur qui dépend du volume de ce fluide, toute la section du capillaire.

[0014] Un train de ferrofluide, appelé aussi « train » dans la présente description, comprend un bouchon de ferrofluide et au moins un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt solidaire à celui-ci. Le train de ferrofluide se déplace en entier avec le ou les bouchon(s) de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt. Différents modes de réalisation de la présente invention sont exposés ci-dessous à titre d'exemple.

[0015] Découverts dans les années 60, les ferrofluides ou fluides magnétiques sont des fluides comportant essentiellement deux constituants : (1) des grains monodomaine de substance ferromagnétique, d'environ 5 à 10 nm de magnétite ou de maghémite, (2) un fluide porteur.

[0016] Lorsque le fluide porteur est un composé organique, comme c'est le cas de la plupart des ferrofluides commerciaux, le ferrofluide est dit "à base organique" et les particules magnétiques sont dispersées dans le fluide porteur par des surfactants. Lorsque le fluide porteur est de l'eau, le ferrofluide est dit "à base ionique" et les particules sont dispersées soit par des forces électrostatiques, soit par des bicouches de surfactant.

[0017] Le choix du ferrofluide correspond au choix des inventeurs d'une commande, ou pilotage, par champ magnétique pour réaliser le procédé de la présente invention.

[0018] Les ferrofluides utilisables selon l'invention présentent de préférence une faible viscosité et une bonne stabilité physicochimique dans le temps et en fonction de la température.

[0019] Selon l'invention, le ferrofluide est de préférence un ferrofluide ionique, par exemple un ferrofluide tels que ceux décrits dans le document GB-A-2244987. En effet, ces ferrofluides présentent une grande densité de particules, une grande susceptibilité magnétique, et une grande stabilité dans le temps. Ils sont obtenus en fixant à la surface de particules magnétiques précurseurs des molécules chargées qui assurent la stabilité colloidale sans l'utilisation de surfactants.

[0020] Dans les microsystèmes d'analyses, le fluide d'intérêt est généralement sous la forme d'une solution aqueuse. La solution a priori la plus simple pour mettre en oeuvre des ferrofluide selon l'invention, dans des microcanaux ou des microtubes des « lab-on a chip » est de travailler avec des ferrofluides à base organique, car ils ne sont pas miscibles à l'eau. Mais il peut alors se poser le problème de dépôts contaminants et non biocompatibles, par exemple sous la forme de particules magnétiques à base d'oxyde de fer, susceptibles d'interférer dans les réactions chimiques mises en jeu.

[0021] Ces dépôts ont été observés par les inventeurs aussi bien dans des capillaires en verre, tels qu'en silice fondue, qui sont plutôt hydrophiles, que dans les capillaires dont la paroi interne est très hydrophobe tels que le téflon (marque déposée) ou le tefzel (marque déposée), par exemple pour des vitesses de déplacement de fluides aussi faibles que 0,1 mm/s. De plus l'épaisseur de contamination par le ferrofluide mesurée sur la paroi interne du capillaire est de l'ordre du micron, et donc sur des déplacements de plusieurs centimètres la perte de matière des bouchons sur les parois n'est pas négligeable. La présence de surfactants dans ces ferrofluides ou la nature apolaire du fluide porteur peuvent expliquer ce phénomène.

[0022] Les inventeurs ont mis en évidence que la combinaison préférée d'un bouchon de ferrofluide ionique, d'un bouchon d'un liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt, et de préférence d'une paroi de capillaire hydrophobe, selon la présente invention, permet de manière inattendue d'apporter une solution aux problèmes précités. En effet, les essais en laboratoire ont montré une absence de film contaminant sur la paroi interne du capillaire en utilisant la présente invention.

[0023] Ainsi, selon l'invention, le capillaire est de préférence un capillaire dont la paroi interne est hydrophobe, c'est à dire dont la paroi interne présente un angle de contact supérieur à 90°. Ceci peut être obtenu par exemple par un traitement chimique adéquat tel qu'une silanisation, ou en utilisant des matériaux hydrophobes tels que ceux précités. Le matériau constituant le capillaire peut être choisi par exemple en fonction du fluide d'intérêt et des conditions physicochimiques des réactions chimiques opérées dans le capillaire. Selon l'invention, le capillaire, ou microtubes ou microcanaux, peut par exemple avoir un diamètre interne inférieur à 1 mm, par exemple de 0,5 mm et moins, ce qui correspond aux dimensions habituelles des microsystèmes fluidiques.

[0024] Le liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt peut être par exemple de l'huile, notamment lorsque le ferrofluide est un ferrofluide ionique et le fluide d'intérêt une solution aqueuse. L'huile peut être une huile organique, par exemple du dodécane, ou minérale, par exemple l'huile M3516 commercialisée par la société Sigma-Aldrich.

[0025] A priori un film mince d'huile peut se créer lors du déplacement du train de ferrofluide sur paroi interne du capillaire car l'huile mouille mieux la surface hydrophobe que l'eau. Mais cela n'est pas pénalisant si l'huile est compatible avec le fluide d'intérêt. Ainsi, selon l'invention, lorsque le fluide d'intérêt est un liquide biologique, il est avantageux d'utiliser une huile biocompatible, par exemple une huile minérale.

[0026] Selon l'invention, pour travailler avec des bouchons-tampons d'huile de taille minimale, sans risque de perte de matière sur les parois, un pré-mouillage des parois des micro-canaux peut être réalisé en faisant circuler au préalable un bouchon d'huile de volume suffisant. Ainsi, selon l'invention, une étape de pré-mouillage de la paroi interne du capillaire avec l'huile avant de disposer dans ledit capillaire le train de ferrofluide peut être réalisée.

[0027] Selon l'invention, des bouchons d'huile peuvent également être disposés dans le capillaire, seuls, sans bouchon de ferrofluide, par exemple pour séparer deux bouchons de fluide d'intérêt identiques ou différents situés entre deux trains de ferrofluide, ou avant ou après un seul train de ferrofluide. Ainsi, selon la présente invention, au moins un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt peut être disposé dans le capillaire entre deux bouchons de fluide d'intérêt.

[0028] Selon un premier mode de réalisation de la présente invention, le train de ferrofluide peut être constitué d'un bouchon de ferrofluide et d'un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt. Ce mode de réalisation est par exemple utile pour déplacer un fluide d' intérêt placé d'un seul côté du train de ferrofluide, c'est à dire du côté du bouchon de liquide non miscible.

[0029] Selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt peut être placé à chacune des deux extrémités du bouchon de ferrofluide. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le train de ferrofluide comprend un bouchon de ferrofluide et deux bouchons de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt. Ce mode de réalisation est par exemple utile pour déplacer un fluide d'intérêt placé de part et d'autre du train de ferrofluide, ou deux liquides d'intérêt différents séparés par le train de ferrofluide.

[0030] Selon un troisième mode de réalisation de la présente invention, une pluralité de trains de ferrofluide peut être disposée dans le capillaire, avec des ferrofluides identiques ou différents d'un train à l'autre, et des bouchons de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt identiques ou différents dans un même train ou d'un train à l'autre. Ce mode de réalisation est par exemple utile pour déplacer plusieurs bouchons d'un ou de plusieurs fluide(s) d'intérêt identiques ou différents, chaque bouchon de fluide d'intérêt étant séparé du suivant par un train de ferrofluide selon la présente invention ou par un bouchon seul de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt.

[0031] D'autres modes de réalisation de la présente invention apparaîtront encore à l'homme du métier.

[0032] Selon l'invention, le système magnétique nécessaire pour déplacer le fluide d'intérêt dans le capillaire, c'est à dire pour piloter l'écoulement de ce fluide, peut être par exemple constitué par des aimants permanents ou par des circuits électriques, c'est à dire des électro-aimants situés par exemple à proximité immédiate des capillaires. Ce système magnétique peut être fixe ou mobile.

[0033] La mobilité du champ magnétique peut être obtenue par exemple en déplaçant mécaniquement un aimant permanent ou un électroaimant le long du capillaire, ou en "activant" séquentiellement des bobines adjacentes d'électroaimants. L'aimant permanent peut être par exemple sous la forme d'une barre aimantée, l'électroaimant par exemple sous la forme d'une bobine ou d'un solénoïde.

[0034] Les tailles des bouchons de ferrofluide et des aimants sont adaptées aux conditions de l'application voulue du procédé de la présente invention, c'est à dire par exemple à la vitesse du fluide ou au rayon du capillaire, de façon à permettre un bon couplage aimant/bouchon de ferrofluide et donc un bon pilotage de l'écoulement. Par exemple, selon la présente invention, les aimants peuvent avoir une longueur comprise entre 0,5 et 2 mm et les bouchons de ferrofluides environ deux fois cette longueur.

[0035] Le nombre de systèmes magnétiques peut être fonction du nombre de trains de ferrofluide utilisés. Ainsi, n trains de fluide pourront nécessiter de n systèmes magnétiques.

[0036] Il peut aussi être fonction du type de commande utilisé selon le procédé de l'invention pour déplacer le fluide d'intérêt.

[0037] L'homme du métier pourra adapter facilement le microsystème de la présente invention suivant ses besoins.

[0038] En effet, selon l'invention, la commande du déplacement du fluide d'intérêt dans ledit capillaire par action sur ledit bouchon de ferrofluide d'un champ magnétique généré par le système magnétique disposé à l'extérieur dudit capillaire peut être réalisée de différentes manières.

[0039] Par exemple, l'écoulement ou le déplacement du fluide d'intérêt dans le microcanal peut être obtenu sous l'impulsion d'une pression ou d'une dépression motrice appliquée dans le capillaire. Dans ce cas, le pilotage selon la présente invention peut consister à bloquer, ou à débloquer, le déplacement du fluide dans le capillaire en bloquant, respectivement en débloquant, le déplacement du train de ferrofluide au moyen du système magnétique. Ceci peut être réalisé par exemple au moyen d'un train de ferrofluide constitué d'un bouchon de ferrofluide avec deux bouchons tampon d'huile de chaque côté et d'un seul aimant permanent ou électroaimant. Le retrait de l'aimant permanent ou l'arrêt du courant électrique alimentant l'électroaimant permet la reprise de l'écoulement du fluide d'intérêt.

[0040] Par exemple aussi dans une application du procédé de la présente invention en n étapes, n bouchons de ferrofluide munis de 2xn bouchons tampon d'huile et de m aimants ou électroaimants, avec m<n. Des bouchons d'huile supplémentaires sans bouchon de ferrofluide permettent d'isoler les réactifs biologiques d'un bouchon à l'autre. Dans cette configuration, l'écoulement est stoppé de façon séquentielle à chaque fois qu'un bouchon de ferrofluide passe sous un aimant. n dépend de l'application et de la technologie considérées, par exemple de la longueur des micro-canaux, du multiplexage, de l'injection latérale etc. Plus m est grand, moins la force magnétique par aimant a besoin d'être grande, ce qui peut être intéressant lorsqu'une miniaturisation des aimants est recherchée.

[0041] Par exemple dans une autre application de la présente invention, « en continu », avec ou sans pression motrice extérieure, le microsystème peut comprendre un ou n bouchons de ferrofluide munis respectivement de un ou 2xn bouchons tampon d'huile et un champ magnétique glissant obtenu soit en déplaçant mécaniquement un aimant permanent le long du capillaire, soit en "activant" séquentiellement des bobines adjacentes d'électroaimants. Dans cet exemple, le déplacement du champ magnétique sert de force motrice pour déplacer le train de ferrofluide, et donc le fluide d'intérêt dans le capillaire.

[0042] Ainsi, selon la présente invention, différentes méthodes sont envisageables pour obtenir la commande, ou pilotage, de l'écoulement du fluide d'intérêt à l'intérieur des capillaires ou microcanaux.

[0043] La présente invention présente en outre l'avantage de mettre en oeuvre une commande ou pilotage externe du déplacement du fluide d'intérêt dans le capillaire, de limiter ou d'éviter les dépôts du ferrofluide sous forme de film liquide sur les parois du capillaire, et d'éviter les problèmes de contamination liés aux dispositifs de l'art antérieur. Elle apporte en outre un procédé précis et facile à mettre en oeuvre pour piloter des écoulements de fluides dans des microcannaux.

[0044] La présente invention peut être mise avantageusement en oeuvre par exemple dans un système de diagnostic in vitro automatisé, ou un système de détection de contaminants biologiques dans des domaines tels que l'agroalimentaire et/ou le contrôle microbiologique industriel.

[0045] Par exemple, le dispositif de la présente invention peut être le premier élément d'un ensemble comprenant :

1. un dispositif de déplacement d'un fluide d'intérêt selon la présente invention,

2. éventuellement un module d'amplification de type « Polymérase Chain Reaction » (PCR),

3. un module de séparation, par exemple par électrophorèse,

4. un module de détection.

[0046] Un exemple de dispositif intégré comprenant les éléments 2 à 4 ci-dessus est décrit dans la référence M.A. Burns et al. , An Integrated Nanoliter DNA Analysis Device, Science, vol 282, 16 oct 98.

[0047] Une utilisation industrielle possible des bouchons de ferrofluides ioniques isolés par des bouchons d'huile selon la présente invention est donc le pilotage externe de bouchons liquides à l'intérieur des microcanaux de microsystèmes type "lab-on-a-chip" pour lesquels une réaction biologique telle que la PCR est par exemple réalisée en série dans chaque bouchon aqueux et en parallèle sur plusieurs microcanaux.

[0048] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture des exemples suivants donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées.

Brève description des figures

[0049] 

• La figure 1 est une représentation schématique d'un microsystème fluidique selon la présente invention comprenant un train de ferrofluide ;
• La figure 2 est une représentation schématique d'un microsystème fluidique selon la présente invention dans lequel le système magnétique est un aimant permanent ;
• La figure 3 est une représentation schématique d'un microsystème fluidique selon la présente invention dans lequel le système magnétique est un électroaimant ;
• Les figures 4a) à 4c) sont des représentations schématiques de microsystèmes fluidiques selon la présente invention sur lesquels plusieurs applications de la présente invention sont présentées ;
• Les figures 5a et 5b sont des graphiques de modélisation en fonction du temps de la vitesse d'écoulement dans un capillaire de 500µm de diamètre au passage dans le champ magnétique d'un bouchon de ferrofluide de 2mm de long. Le champ magnétique statique est généré soit par deux aimants permanents en opposition (fig.5a) soit par un solénoïde (fig.5b) ; l'origine des temps est arbitraire ;
• Les figures 6a et 6b sont des photographies montrant la réalisation du procédé de la présente invention, photographies prises sur du papier millimétrique de manière à mettre en évidence la taille du capillaire et des bouchons.

Exemples

Exemple 1 : Train de ferrofluide

[0050] Dans cet exemple représenté sur la figure 1 annexée, le train de ferrofluide (3) comprend un bouchon de ferrofluide (5) avec deux bouchons (7) de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt.

[0051] Le bouchon de ferrofluide est un bouchon de ferrofluide ionique contenant 20% en masse de particules magnétiques de maghémite recouvertes de groupement nitrate et dispersées dans l'eau. Le diamètre moyen des particules est égal à 7,5 nm.

[0052] Le liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt (7) est constitué d'huile M3516 commercialisée par la société Sigma-Aldrich

[0053] Le capillaire (1) est en verre, il a un diamètre de 500µm..

[0054] Dans cet exemple, le train de ferrofluide a une longueur de 2mm.

[0055] La figure 2 annexée montre le même capillaire avec un système magnétique (11) qui est un aimant permanent sous la forme de barres aimantées.

[0056] La figure 3 annexée montre le même capillaire avec un système magnétique (11) qui est un électroaimant sous la forme d'un solénoïde.

[0057] Cette configuration du microsystème de la présente invention permet de bloquer et débloquer un écoulement ayant une vitesse V indiquée par la flèche dans le capillaire ou microcanal. L'écoulement est créé par une pression motrice extérieure Δp. Le retrait des aimants permanents ou l'arrêt du courant électrique permet la reprise de l'écoulement.

Exemple 2 : Microsystème fluidique « à n étapes»

[0058] Dans cet exemple, le même train de ferrofluide que celui utilisé dans l'exemple 1 est utilisé dans différentes applications schématisées sur les figures 4a et 4b.

[0059] Une première application est représentée sur la figure 4a. Dans cette application, un seul train de ferrofluide (3) est utilisé avec plusieurs bouchons (7) d'huile minérale. Ainsi, une alternance de fluide d'intérêt (L) et de bouchons d'huile (7) précède un train de ferrofluide (3).

[0060] Une deuxième application est représentée sur la figure 4b. Dans cette application, plusieurs train de ferrofluides (3) sont utilisés en alternance avec plusieurs bouchons de fluide (L) d'intérêt.

[0061] Dans ces deux applications, une pression Δp provoque l'écoulement des bouchons de fluide L dans le capillaire. Le système magnétique (11) permet comme dans l'exemple 1 de bloquer ou de débloquer cet écoulement.

[0062] Cet exemple montre que des bouchons d'huile supplémentaires sans bouchon de ferrofluide permettent d'isoler par exemple des réactifs biologiques d'un bouchon à l'autre.

[0063] Dans ces applications l'écoulement peut être stoppé de façon séquentielle à chaque fois qu'un bouchon de ferrofluide passe sous un aimant. Cette configuration permet d'obtenir un positionnement précis des différents bouchons de liquides.

Exemple 3 : Microsystème fluidique « en continu »

[0064] Dans cet exemple, le même train de ferrofluide que celui utilisé dans l'exemple 1 est utilisé dans une application schématisée sur la figure 4c.

[0065] Cette application diffère de celle représentée sur la figure 4a, en ce que le système magnétique est mobile suivant les flèches indiquées sur cette figure.

[0066] Dans cette application, le déplacement du champ magnétique sert de force motrice pour le déplacement du train de ferrofluide dans le capillaire, c'est à dire aussi du fluide d'intérêt (L). L'application d'une pression motrice n'est donc pas nécessaire ici.

Exemple 4 : Modélisation

[0067] Sur les figures 5a et 5b annexées des simulations numériques utilisant le logiciel Matlab (marque déposée) montrent par exemple l'arrêt de l'écoulement dans un capillaire comprenant une succession de trains de ferrofluide comme sur la figure 4b et d'eau.

[0068] Le champ magnétique est créé soit par deux aimants permanents (fig.5a) en opposition soit par un solénoïde (fig.5b). Dans ces deux cas, aimants et solénoïde, le champ magnétique vaut 350 Gauss sur l'axe au centre du capillaire. Le diamètre du solénoïde est de 1 mm et il comporte 10 spires et sa longueur est celle d'un bouchon de ferrofluide : 2 mm. Pour les 2 aimants permanents face à face, les dimensions sont de 3 cm x 1 cm x 1 mm.

[0069] Les autres paramètres utilisés pour la simulation sont donnés dans le tableau suivant:

Diamètre du capillaire (µm)	500
Pression motrice (Pa)	2800
Longueur du capillaire (m)	9,6 x10-2
Longueur des bouchons (m)	2 x 10-3
Viscosité de l' eau (kg/m2s)	10-3
Viscosité de l'huile (kg/m2s)	3 x 10-3

Exemple 5 : Capillaire hydrophobe

[0070] Les figures 6a et 6b sont des photographies montrant la réalisation du procédé de la présente invention dans un capillaire de 300 µm de diamètre en téflon (marque déposée) et utilisant des bouchons d'huile minérale (référence Sigma-Aldrich M3516), incolore, de part et d'autre d'un bouchon de ferrofluide ionique tel que celui décrit dans l'exemple 1, pour éviter la contamination avec les bouchons de phase aqueuse (fluide d'intérêt) colorés avec du bleu de méthylène.

[0071] L'application d'une barrette aimantée en néodyme-fer-bore de 1 x 5 x 36 mm au-dessus du capillaire permet un pilotage par l'extérieur des bouchons avec une précision de moins de 200 µm et donc de l'écoulement à l'intérieur du capillaire.

[0072] Alors que la même expérience avec un capillaire de verre montre quelque dépôts contaminants de ferrofluide sur la paroi interne du capillaire et dans la phase aqueuse après le passage du train de ferrofluide, alors qu'aucune contamination de la phase aqueuse n'a été observée, ni de la paroi interne du capillaire avec le revêtement de téflon.

Revendications

1. Procédé de déplacement d'un fluide d'intérêt dans un capillaire comprenant les étapes suivantes :

- on dispose dans ledit capillaire au moins un train de ferrofluide, ledit train de ferrofluide comprenant un bouchon de ferrofluide et, placé à au moins une des deux extrémités du bouchon de ferrofluide et solidaire à celui-ci, un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt,

- on dispose dans ledit capillaire, au voisinage du train de ferrofluide et du côté du bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt, ledit fluide d'intérêt, et

- on commande le déplacement du fluide d'intérêt dans ledit capillaire par action sur ledit bouchon de ferrofluide d'un champ magnétique généré par un système magnétique disposé à l'extérieur dudit capillaire.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le ferrofluide est un ferrofluide ionique.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capillaire est un capillaire dont la paroi interne est hydrophobe.

4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le capillaire a un diamètre inférieur à 1 mm.

5. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de pré-mouillage de la paroi interne du capillaire avec l'huile avant de disposer dans ledit capillaire le train de ferrofluide.

6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt est placé à chacune des deux extrémités du bouchon de ferrofluide.

7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une pluralité de trains de ferrofluide sont disposés dans le capillaire.

8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt est disposé dans le capillaire entre deux bouchons de fluide d'intérêt.

9. Microsystème fluidique de déplacement d'un fluide d'intérêt comprenant d'une part un capillaire (1) dans lequel est disposé au moins un train de ferrofluide (3) et d'autre part, à l'extérieur dudit capillaire, un système magnétique (11) permettant de produire un champ magnétique pour commander le déplacement du train de ferrofluide dans le capillaire, ledit train de ferrofluide (3) comprenant un bouchon de ferrofluide (5) et, placé à au moins une des deux extrémités du bouchon de ferrofluide et solidaire à celui-ci, un bouchon de liquide (7) non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt.

10. Microsystème fluidique selon la revendication 9, dans lequel le ferrofluide est un ferrofluide ionique.

11. Microsystème fluidique selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le capillaire est un capillaire dont la paroi interne est hydrophobe.

12. Microsystème fluidique selon la revendication 9, dans lequel le capillaire a un diamètre inférieur à 1 mm.

13. Microsystème fluidique selon la revendication 9, dans lequel un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt est placé à chacune des deux extrémités du bouchon de ferrofluide.

14. Microsystème fluidique selon la revendication 9 comprenant une pluralité de trains de ferrofluide.

15. Microsystème fluidique selon la revendication 9, dans lequel au moins un bouchon de liquide non miscible au ferrofluide et au fluide d'intérêt est disposé dans le capillaire entre deux bouchons de fluide d'intérêt.

16. Utilisation d'un microsystème fluidique selon la revendication 9 dans un système de diagnostic in vitro automatisé, ou un système de détection de contaminants biologiques.

Claims

1. Method for the displacement of an analyte fluid within a capillary channel comprising the following steps:

- at least one ferrofluid train is introduced into the said microchannel, the said ferrofluid train comprising a slug of ferrofluid and, placed against at least one of the two ends of the slug of ferrofluid and in contact with it, a slug of liquid immiscible with both the ferrofluid and the analyte fluid,

- the said analyte fluid is introduced into the said capillary channel in proximity to the ferrofluid train on the side having the slug of liquid immiscible with both the ferrofluid and the analyte fluid, and

- displacement of the analyte fluid within the said capillary channel is controlled by the action of a magnetic field on the said slug of ferrofluid, which field is generated by a magnet system placed on the outside of the said capillary channel.

2. Method according to Claim 1, in which the ferrofluid is an ionic ferrofluid.

3. Method according to Claims 1 or 2, in which the capillary channel is a capillary channel whose internal wall is hydrophobic.

4. Method according to Claim 1, in which the capillary channel has a diameter of less than 1 mm.

5. Method according to Claim 1, furthermore comprising a step of prewetting the capillary channel internal wall with oil prior to the introduction of the ferrofluid train into the said capillary channel.

6. Method according to Claim 1, in which a slug of liquid immiscible with both the ferrofluid and the analyte fluid is placed at each end of the ferrofluid slug.

7. Method according to Claim 1, in which a plurality of ferrofluid trains are introduced into the capillary channel.

8. Method according to Claim 1, in which at least one slug of liquid immiscible with both the ferrofluid and the analyte fluid is introduced into the capillary channel in between two slugs of analyte fluid.

9. Microfluidic system for the displacement of an analyte fluid comprising, on the one hand, a capillary channel (1) into which at least one ferrofluid train (3) is introduced and, on the other hand, external to the said capillary channel, a magnet system (11) capable of producing a magnetic field for controlling the displacement of the ferrofluid train within the capillary channel, the said ferrofluid train (3) comprising a slug of ferrofluid (5) and, placed against at least one of the two ends of the ferrofluid slug and in contact with it, a slug of liquid (7) immiscible with both the ferrofluid and the analyte fluid.

10. Microfluidic system according to Claim 9, in which the ferrofluid is an ionic ferrofluid.

11. Microfluidic system according to Claim 9 or 10, in which the capillary channel is a capillary channel whose internal wall is hydrophobic.

12. Microfluidic system according to Claim 9, in which the capillary channel has a diameter of less than 1 mm.

13. Microfluidic system according to Claim 9, in which a slug of liquid immiscible with both the ferrofluid and the analyte fluid is placed at each end of the ferrofluid slug.

14. Microfluidic system according to Claim 9, comprising a plurality of ferrofluid trains.

15. Microfluidic system according to Claim 9, in which at least one slug of liquid immiscible with both the ferrofluid and the analyte fluid is introduced into the capillary channel in between two slugs of analyte fluid.

16. Use of a microfluidic system according to Claim 9 within an automated in vitro diagnostic system, or within a system for the detection of biological contaminants.

Ansprüche

1. Verfahren zur Förderung bzw. Verschiebung einer interessierenden Flüssigkeit in einer Kapillare, die folgenden Schritte umfassend:

- man bildet in der genannten Kapillare einen Ferrofluid-Zug, wobei der Ferrofluid-Zug einen Ferrofluid-Pfropfen und an wenigstens einem der beiden Enden des Ferrofluid-Pfropfens und mit diesem vereinigt einen Pfropfen aus einer mit dem Ferrofluid und dem interessierenden Fluid nicht mischbaren Flüssigkeit umfasst,

- man sieht in der Kapillare das genannte interessierende Fluid in unmittelbarer Nähe des Pfropfens aus der mit dem Ferrofluid und dem interessierenden Fluid nicht mischbaren Flüssigkeit vor,

- man steuert die Verschiebung der interessierenden Flüssigkeit in der genannten Kapillare durch die Wirkung eines Magnetfelds auf den Ferrofluid-Pfropfen, das erzeugt wird durch ein außerhalb der Kapillare angeordnetes magnetisches System.

2. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem das Ferrofluid ein ionisches Ferrofluid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kapillare eine Kapillare ist, deren Innenwand hydrophob ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kapillare einen Durchmesser unter 1 mm hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem einen Schritt zur Vorausbenetzung der Innenwand der Kapillare mit Öl umfasst, ehe der genannte Ferrofluid-Zug in der Kapillare gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Pfropfen aus einer mit dem Ferrofluid und dem interessierenden Fluid nicht mischbaren Flüssigkeit an jedem der beiden Enden des Ferrofluidpfropfens vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der Kapillare eine Vielzahl von Ferrofluid-Zügen gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen zwei Pfropfen aus dem interessierenden Fluid wenigstens ein Pfropfen aus einer mit dem Ferrofluid und dem interessierenden Fluid nicht mischbaren Flüssigkeit vorgesehen ist.

9. Fluidische Mikrosysteme zur Verschiebung eines interessierenden Fluids, einerseits eine Kapillare (1), in der wenigstens ein Ferrofluid-Zug (3) vorgesehen ist, und andererseits, außerhalb der genannten Kapillare, ein magnetisches System (11) umfassend, das ermöglicht, ein Magnetfeld zu erzeugen, um die Verschiebung des Ferrofluid-Zugs in der Kapillare zu steuern, wobei der genannte Ferrofluid-Zug (3) einen Ferrofluid-Pfropfen (5) und einen Pfropfen (7) aus einer nicht mit dem Ferrofluid und dem interessierenden Fluid mischbaren Flüssigkeit umfasst, der sich an wenigstens einem der beiden Enden des Ferrofluid-Pfropfens befindet und mit diesem vereinigt ist.

10. Fluidisches Mikrosystem nach Anspruch 9, bei dem das Ferrofluid ein ionisches Ferrofluid ist.

11. Fluldisches Mikrosystem nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Kapillare eine Kapillare ist, deren Innenwand hydrophob ist.

12. Fluidisches Mikrosystem nach Anspruch 9, bei dem die Kapillare einen Durchmesser unter 1 mm hat.

13. Fluidisches Mikrosystem nach Anspruch 9, bei dem ein Pfropfen aus einer mit dem Ferrofluid und dem interessierenden Fluid nicht mischbaren Flüssigkeit an jedem der beiden Enden des Ferrofluidpfropfens vorgesehen ist.

14. Fluidisches Mikrosystem nach Anspruch 9, das eine Vielzahl Ferrofluid-Züge umfasst.

15. Fluidisches Mikrosystem nach Anspruch 9, bei dem in der Kapillare wenigstens ein Pfropfen aus einer mit dem Ferrofluid und dem interessierenden Fluid nicht mischbaren Flüssigkeit zwischen zwei Pfropfen aus dem interessierenden Fluid vorgesehen ist.

16. Verwendung eines fluidischen Mikrosystems nach Anspruch 9 in einem automatisierten In-Vitro-Diagnosesystem oder einem System zur Detektion biologischer Kontaminationsstoffe.

Dessins