PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF MICROFLUIDIQUE

Abstract

 L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique (D1, D2), ledit dispositif microfluidique comportant une première partie et une deuxième partie à appliquer l'une contre l'autre, la première partie et la deuxième partie comportant chacune une face dite supérieure et une face dite inférieure, le procédé consistant à :
- Déposer une première couche (30) de parylène sur la face supérieure de la première partie,
- Déposer une deuxième couche (40) de parylène sur la face inférieure de la deuxième partie,
- Appliquer la première partie contre la deuxième partie de manière à ce que la première couche de parylène soit en contact de la deuxième couche de parylène,
- Réaliser un scellement thermique des deux parties l'une contre l'autre.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique et au dispositif microfluidique obtenu par ce procédé.

Etat de la technique

[0002] Actuellement, une carte ou cartouche microfluidique peut être fabriquée en superposant plusieurs couches. Certaines de ses couches sont usinées pour réaliser le circuit microfluidique de la carte. L'assemblage des couches entre elles est souvent réalisé par scellement thermique ou par collage, par exemple à l'aide d'une colle de type époxy ou acrylique. Il est également connu de venir positionner un composant microfluidique sur une face d'une carte microfluidique, pour ajouter une fonction supplémentaire à la carte. Ce composant est fixé par collage à l'aide d'une colle époxy ou acrylique ou en employant de l'adhésif double-face.

[0003] Les solutions d'assemblage de deux parties d'un dispositif microfluidique ne sont pas forcément satisfaisantes pour plusieurs raisons :

• Les colles employées doivent être déposées de manière précise pour ne pas venir obstruer le réseau microfluidique ;
• Les colles employées peuvent générer des risques de pollution dans les échantillons analysés ;
• L'utilisation d'adhésif double-face ne permet pas toujours d'obtenir une étanchéité parfaite entre les différentes parties du dispositif ;

[0004] La demande de brevet KR2018-0085202 décrit une méthode de fabrication d'une puce dans laquelle l'assemblage de deux couches est réalisé à l'aide d'une couche de parylène et d'une couche de nitrure de silicium.

[0005] Cette solution antérieure n'est cependant pas totalement satisfaisante car elle nécessite l'utilisation de nitrure de silicium et que l'on souhaite évite toute pollution d'un échantillon présent dans le réseau microfluidique.

[0006] Le but de l'invention est de proposer un procédé adapté pour assembler deux parties d'un dispositif microfluidique, qui s'affranchisse de l'emploi de colle, d'adhésif double-face et de toute couche susceptible de venir polluer un échantillon présent dans le réseau microfluidique du dispositif, permettant ainsi de résoudre les problèmes de l'état de la technique.

Exposé de l'invention

[0007] Ce but est atteint par un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique, ledit dispositif microfluidique comportant une première partie et une deuxième partie à appliquer l'une contre l'autre, la première partie et la deuxième partie comportant chacune une face dite supérieure et une face dite inférieure, le procédé consistant à :

• Déposer une première couche de parylène sur la face supérieure de la première partie,
• Déposer une deuxième couche de parylène sur la face inférieure de la deuxième partie,
• Appliquer la première partie contre la deuxième partie de manière à ce que la première couche de parylène soit en contact de la deuxième couche de parylène,
• Réaliser un scellement thermique des deux parties l'une contre l'autre.

[0008] La solution de l'invention n'utilise par autre chose que deux couches de parylène pour permettre l'assemblage par scellement thermique. Or il est connu que le parylène est un film biocompatible, qui n'est pas susceptible de venir polluer un échantillon présent dans le réseau microfluidique du dispositif.

[0009] Selon une particularité, le scellement thermique est mis en oeuvre à une température comprise entre 110°C et 125°C.

[0010] Selon une autre particularité, le scellement thermique est réalisé en maintenant la première partie contre la deuxième partie en appliquant une force comprise entre 500N et 1500N.

[0011] Selon une autre particularité, le scellement thermique est mis en oeuvre pendant une durée comprise entre 5 minutes et 15 minutes.

[0012] L'invention concerne également un dispositif microfluidique comprenant au moins une première partie et une deuxième partie, assemblées l'une avec l'autre, cet assemblage étant obtenu par le procédé tel que défini ci-dessus.

[0013] Selon une première réalisation particulière, la première partie est formée d'une première couche d'une carte microfluidique et la deuxième partie est formée d'une deuxième couche de la carte microfluidique à déposer sur la première couche.

[0014] Selon une deuxième réalisation particulière, la première partie est formée d'au moins une première couche d'une carte microfluidique et la deuxième partie est formée d'une membrane déformable venant s'appliquer par une première face contre une face en vis-à-vis de ladite première couche.

[0015] Selon une particularité de cette deuxième réalisation, la carte microfluidique comporte une deuxième couche et la membrane est intercalée entre la première couche et la deuxième couche de la carte microfluidique, la membrane comportant une deuxième face comprenant une autre couche de parylène venant adhérer à une couche de parylène déposée sur une face en vis-à-vis de la deuxième couche.

[0016] Selon une troisième réalisation particulière, la première partie est formée d'une carte microfluidique et la deuxième partie est formée d'un composant microfluidique assemblé sur la carte.

[0017] Selon une particularité de cette troisième réalisation, la carte microfluidique comporte un premier réseau microfluidique et le composant microfluidique comporte un deuxième réseau microfluidique, le composant microfluidique étant assemblé sur la carte microfluidique en établissant une connexion fluidique étanche entre le premier réseau microfluidique et le deuxième réseau microfluidique.

[0018] Le procédé de l'invention permet ainsi de réaliser un assemblage de plusieurs éléments réalisés dans des matériaux tels que le COC, COP, PDMS, PMMA, silicium, en utilisant de faibles dépôts de parylène sur les éléments à assembler.

Brève description des figures

[0019] D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :

• Les figures 1A à 1C montrent plusieurs exemples de dispositif microfluidique pouvant être obtenus par le procédé de l'invention ;
• La figure 2 montre les étapes du procédé de l'invention ;

Description détaillée d'au moins un mode de réalisation

[0020] Pour la suite de la description, on définit un repère orthonormé X, Y, Z, l'axe Z étant orienté suivant la direction verticale. Les termes "supérieur", "inférieur", "au-dessus" et "au-dessous" ou équivalents sont à comprendre en suivant l'axe Z.

Dispositif microfluidique

[0021] En référence à la figure 1A, de manière non limitative, un dispositif microfluidique D1 peut par exemple prendre la forme d'une carte microfluidique, les deux parties du dispositif microfluidique, décrites ci-dessous, étant formées d'au moins deux couches 1, 2 superposées de la carte microfluidique, dites couche inférieure 1 et couche supérieure 2.

[0022] En référence à la figure 1B, le dispositif microfluidique D2 peut également prendre la forme d'une carte microfluidique à plusieurs couches (au moins deux couches), l'une des couches étant une membrane 5 déformable, par exemple réalisée dans un matériau hypérélastique à base de silicone, tel que le polydiméthylsiloxane (PDMS), ou d'élastomère comme l'Ecoflex (marque déposée). La membrane est employée comme élément d'actionnement des pompes, vannes et chambres microfluidiques du réseau microfluidique de la carte microfluidique. Elle vient s'intercaler entre les deux couches 1, 2 de la carte.

[0023] En référence à la figure 1C, le dispositif microfluidique D3 peut également prendre la forme d'une carte microfluidique 10 sur une face de laquelle est monté un composant 20 ou puce microfluidique destiné à venir se connecter sur le réseau microfluidique de la carte. Le composant microfluidique présente avantageusement une section suivant X, Y qui est inférieure à la section de la carte microfluidique selon X, Y.

[0024] Le terme "carte microfluidique" doit être compris de manière non limitative et peut couvrir tous types de dispositif microfluidique intégrant un réseau microfluidique.

[0025] A titre d'exemple, le composant microfluidique 20 peut ainsi comporter un réseau microfluidique 201 venant se connecter au réseau microfluidique 101 de la carte microfluidique. Le composant microfluidique 20 à assembler sur la carte microfluidique 10 peut être réalisé dans le même matériau que la carte microfluidique 10.

[0026] Une carte microfluidique est notamment employée dans le domaine médical pour analyser un fluide, tel qu'un échantillon liquide (du sang par exemple) en venant se connecter sur un automate d'analyse. La carte microfluidique peut ainsi intégrer tout un réseau microfluidique composé d'éléments microfluidiques tels que des vannes, des chambres et des canaux microfluidiques.

[0027] Une carte microfluidique peut être réalisée en une seule couche ou par l'assemblage de plusieurs couches entre elles. Chaque couche peut être usinée de manière à y créer au moins une partie du réseau microfluidique de la carte, l'assemblage des couches par empilement permettant de former l'ensemble du réseau microfluidique de la carte microfluidique.

[0028] La carte microfluidique comporte deux faces opposées principales, s'étendant chacune dans les deux dimensions X, Y et présente une épaisseur faible (quelques mm) suivant Z au regard des deux autres dimensions.

[0029] La carte microfluidique, notamment ses deux couches (ou plus) 1, 2, est avantageusement réalisée dans un matériau transparent de type COP (Cyclo-Oléfine Polymère), COC (Cyclo-Oléfine Copolymère), PMMA (Polyméthacrylate de Méthyle Acrylique), PDMS (Polydiméthyl Siloxane), Silicium...

[0030] Le principe de l'invention consiste à venir assembler les deux parties d'un dispositif microfluidique en intercalant du parylène entre les deux parties à assembler. L'assemblage se fait en venant au moins appliquer une face de la première partie du dispositif contre une face de la deuxième partie du dispositif.

[0031] Pour rappel, le parylène ou polyparaxylylène est une famille de polymère organique qui (sous sa forme basique de Parylène N) est constitué uniquement d'atomes d'hydrogène et de carbone. Le parylène présente la particularité d'être hydrophobe et de résister à presque tous les produits chimiques. Le parylène se présente plus particulièrement sous la forme d'un film polymère biocompatible que l'on peut venir déposer sur une surface, sous vide après évaporation et transformation de son précurseur.

[0032] Dans le cadre, de l'invention, on évoque le parylène de manière générique, mais cela couvre bien entendu tous ses dérivés.

[0033] Il faut noter que le parylène est un matériau qui possède des propriétés de transparence, adaptées pour laisser passer des signaux optiques, utilisés par exemple lors d'analyses mises en oeuvre dans la carte microfluidique.

[0034] Dans le cas d'un dispositif microfluidique D1 tel qu'une carte microfluidique à au moins deux couches 1, 2, le parylène est ajouté sur les deux faces en vis-à-vis des deux couches à assembler. Il s'agit de la face supérieure de la couche inférieure 1 et de la face inférieure de la couche supérieure 2.

[0035] Dans le cas d'un dispositif microfluidique D2 intégrant une membrane 5 déformable entre deux de ses couches 1, 2 pour réaliser les fonctions d'actionnement, la membrane comporte une première couche de parylène sur sa face supérieure et une deuxième couche de parylène sur sa face inférieure. De plus, la face inférieure de la couche supérieure 2 de la carte microfluidique est enduite d'une couche de parylène, de même que la face supérieure de la couche inférieure 1 de la carte microfluidique. La membrane 5 est ainsi prise en sandwich entre les deux couches 1, 2 de la carte.

[0036] Dans le cas d'un dispositif microfluidique D3 réalisé sur la base d'une carte microfluidique 10 sur laquelle on vient rapporter un composant microfluidique 20, on ajoute une couche de parylène (sur toute la surface ou sur au moins une partie de la surface) sur la face supérieure de la carte microfluidique 10 et une couche de parylène sur la face inférieure du composant microfluidique 20.

[0037] Il faut noter que la couche de parylène ajoutée sur chaque partie à assembler est avantageusement déposée sur toute la face à assembler. Dans le cas du dispositif microfluidique D3, seule la zone de réception du composant microfluidique située sur la face supérieure de la carte microfluidique 10 peut recevoir la couche de parylène. Mais elle pourrait être déposée sur toute la face supérieure de la carte microfluidique 10.

[0038] L'assemblage des deux parties concernées est ensuite mis en oeuvre par scellement thermique, selon le procédé de fabrication décrit ci-dessous.

Procédé de fabrication

[0039] De manière non limitative, le procédé est décrit ci-dessous pour l'assemblage d'un composant microfluidique 20 sur la face supérieure d'une carte microfluidique 10. La carte microfluidique forme la première partie du dispositif microfluidique et le composant microfluidique forme la deuxième partie du dispositif microfluidique.

[0040] E1 : Une première couche 30 de parylène est déposée sur une face de la carte microfluidique 10, par exemple sa face supérieure 100.

[0041] E2 : Une deuxième couche 40 de parylène est déposée sur une face du composant microfluidique 20, par exemple sa face inférieure 200.

[0042] Le dépôt de chaque couche de parylène peut être réalisé en couche mince, par un procédé chimique en phase vapeur (CVD).

[0043] Il faut noter que la couche de parylène peut être déposée sur chaque partie du dispositif, sans forcément employer de masque. Lors du dépôt, le parylène ne vient pas obstruer le réseau microfluidique de la carte ni celui du composant microfluidique.

[0044] E3 : On vient assembler le composant microfluidique 20 sur la carte microfluidique 10 en appliquant la face inférieure 200 du composant (dotée de sa couche de parylène) contre la face supérieure 100 (dotée de sa couche de parylène) de la carte microfluidique.

[0045] E4 : On réalise un scellement thermique (T°) en exerçant un maintien mécanique du composant microfluidique 20 contre la carte microfluidique 10. A titre d'exemple, le serrage avec la presse thermique est réalisé en appliquant une force allant de 500N à 1500N, préférentiellement 1000N.

[0046] Pendant, le maintien mécanique, on chauffe l'ensemble pour faire fondre le parylène, permettre l'adhésion des deux couches de parylène entre elles et obtenir l'assemblage du composant microfluidique 20 sur la carte microfluidique 10. Le scellement thermique est par exemple réalisé à une température comprise entre 110°C et 125°C, préférentiellement autour de 118°C. il faut notamment veiller à rester au-dessous de la température de transition vitreuse des matériaux composant la carte microfluidique 10 et le composant microfluidique 20. Pour un matériau tel que le COC, cette température de transition vitreuse est de 135°C. Lors du scellement thermique, le chauffage est maintenu pendant une durée comprise entre 5 minutes et 25 minutes, préférentiellement une durée de 15 minutes.

[0047] E5 : On obtient ainsi un dispositif microfluidique tel que celui représenté à l'étape E5, avec un composant microfluidique 20 scellé sur la face supérieure de la carte microfluidique 10.

[0048] On obtient ainsi un dispositif microfluidique disposant de deux parties assemblées entre elles, par adhésion des couches de parylène.

[0049] Il faut noter que dans le cas d'un dispositif microfluidique D2 intégrant une membrane 5 déformable intercalée entre deux couches 1, 2 de la carte, les couches de parylène sont ajoutées sur toute la membrane, même dans les zones de la membrane qui font face à une cavité de la carte. Le parylène permet d'ailleurs d'améliorer l'étanchéité de la membrane dans ces zones, la membrane 5 pouvant être poreuse à l'air.

[0050] La solution de l'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels :

• Elle est simple à de mise en oeuvre ;
• Elle limite l'utilisation de colles pour l'assemblage ;
• Elle garantit l'obtention d'une étanchéité parfaite entre les parties à assembler ;

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique (D1, D2, D3), ledit dispositif microfluidique comportant une première partie et une deuxième partie à appliquer l'une contre l'autre, la première partie et la deuxième partie comportant chacune une face dite supérieure et une face dite inférieure, caractérisé en ce qu'il consiste à :

- Déposer une première couche (30) de parylène sur la face supérieure de la première partie,

- Déposer une deuxième couche (40) de parylène sur la face inférieure de la deuxième partie,

- Appliquer la première partie contre la deuxième partie de manière à ce que la première couche de parylène soit en contact de la deuxième couche de parylène,

- Réaliser un scellement thermique des deux parties l'une contre l'autre.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le scellement thermique est mis en oeuvre à une température comprise entre 110°C et 125°C.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le scellement thermique est réalisé en maintenant la première partie contre la deuxième partie en appliquant une force comprise entre 500N et 1500N.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le scellement thermique est mis en oeuvre pendant une durée comprise entre 5 minutes et 15 minutes.

5. Dispositif microfluidique (D1, D2, D3) comprenant au moins une première partie et une deuxième partie, assemblées l'une avec l'autre, caractérisé en ce que cet assemblage est obtenu par le procédé tel que défini dans l'une des revendications 1 à 4.

6. Dispositif microfluidique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première partie est formée d'une première couche (1) d'une carte microfluidique et en ce que la deuxième partie est formée d'une deuxième couche (2) de la carte microfluidique à déposer sur la première couche (1).

7. Dispositif microfluidique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première partie est formée d'au moins une première couche (1) d'une carte microfluidique et en ce que la deuxième partie est formée d'une membrane (5) déformable venant s'appliquer par une première face contre une face en vis-à-vis de ladite première couche.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la carte microfluidique comporte une deuxième couche (2) et en ce que la membrane (5) est intercalée entre la première couche (1) et la deuxième couche (2) de la carte microfluidique, et en ce que la membrane comporte une deuxième face comprenant une autre couche de parylène venant adhérer à une couche de parylène déposée sur une face en vis-à-vis de la deuxième couche (2).

9. Dispositif microfluidique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première partie est formée d'une carte microfluidique (10) et en ce que la deuxième partie est formée d'un composant microfluidique (20) assemblé sur la carte.

10. Dispositif microfluidique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la carte microfluidique (10) comporte un premier réseau microfluidique (101) et en ce que le composant microfluidique (20) comporte un deuxième réseau microfluidique (201), et en ce que le composant microfluidique (20) est assemblé sur la carte microfluidique (10) en établissant une connexion fluidique étanche entre le premier réseau microfluidique (101) et le deuxième réseau microfluidique (201).

Dessins