EP-4737005-A1 - MICROFLUIDIC CARTRIDGE HAVING A THERMALLY CONDUCTIVE INSERT

Abstract

L'invention concerne une cartouche microfluidique (1) comportant plusieurs couches superposées et assemblées entre elles, lesdites plusieurs couches comportant : - Une première couche fluidique, dite couche supérieure (10), comprenant un circuit microfluidique, le circuit microfluidique comportant au moins une face, dite inférieure, dans laquelle est réalisée une cavité (20) formant un volume interne ; - Une deuxième couche comportant une membrane (11) assemblée sur la première couche et venant refermer ladite cavité (20) pour former une capsule microfluidique ; - Une troisième couche, dite couche inférieure (12), comportant un circuit d'actionnement de ladite membrane, ledit circuit d'actionnement comportant au moins un passage traversant réalisé à l'aplomb de ladite cavité (20), - Ladite cartouche comportant un élément formant un insert (4) venant se loger dans ledit passage traversant, et disposant d'au moins une zone de contact avec ladite membrane (11), cet insert (4) étant réalisé dans un matériau conducteur thermique.

Inventors

• FOUILLET, YVES
• PARENT, Charlotte

Assignees

• Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250912

Claims (10)

1. Cartouche microfluidique (1) comportant plusieurs couches superposées et assemblées entre elles, lesdites plusieurs couches comportant : - Une première couche fluidique, dite couche supérieure (10), réalisée dans un matériau polymère et comprenant un circuit microfluidique, le circuit microfluidique comportant au moins une face, dite inférieure, dans laquelle est réalisée une cavité (20) formant un volume interne ; - Une deuxième couche comportant une membrane (11) assemblée sur la première couche et venant refermer ladite cavité (20) pour former une capsule microfluidique, ladite membrane (11) étant apte à être contrôlée pour se déformer à l'intérieur de ladite cavité ; - Une troisième couche, dite couche inférieure (12), appliquée contre la membrane et réalisée dans un matériau polymère et comportant un circuit d'actionnement de ladite membrane, ledit circuit d'actionnement comportant au moins un passage traversant réalisé à l'aplomb de ladite cavité (20), - Caractérisé en ce que : - Ladite cartouche comporte un élément formant un insert (4) fixe solidaire de la couche inférieure (12) et venant se loger dans ledit passage traversant, et disposant d'au moins une zone de contact avec ladite membrane (11), cet insert (4) étant réalisé dans un matériau conducteur thermique.
2. Cartouche selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert (4) est choisi parmi un gel, une pate thermique ou un solide.
3. Cartouche selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert (4) est réalisé dans un matériau solide métallique, choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le laiton et un mélange de plusieurs de ces matériaux.
4. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche inférieure (12) comporte une face supérieure située en vis-à-vis de la membrane (11) et une face inférieure opposée à sa face supérieure, et en ce qu' elle comporte au moins un canal d'actionnement (120_1, 120_2) comportant une entrée débouchant du côté de sa face inférieure et une sortie débouchant sur sa face supérieure, en vis-à-vis de la membrane (11), à l'aplomb de ladite cavité (20).
5. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canal d'actionnement (120_1) est réalisé en périphérie de l'insert (4).
6. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canal d'actionnement (120_2) est réalisé à travers l'insert (4).
7. Dispositif microfluidique comportant une cartouche microfluidique (1), une platine (5) dotée d'un élément (50) chauffant ou refroidissant, des moyens d'actionnement pneumatique (3) et une unité de contrôle (UC) configurée pour contrôler ledit élément (50) chauffant ou refroidissant et lesdits moyens d'actionnement pneumatique (3), caractérisé en ce que la cartouche microfluidique (1) est telle que définie dans l'une des revendications 1 à 6 et en ce que la cartouche microfluidique est positionnée sur la platine (5) de sorte que son insert (4) soit en vis-à-vis dudit élément chauffant ou refroidissant et son circuit d'actionnement connecté sur les moyens d'actionnement pneumatique (3).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'insert (4) est en contact physique direct avec l'élément (50) chauffant ou refroidissant.
9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'insert est séparé de l'élément chauffant ou refroidissant par un film (13).
10. Procédé de commande du dispositif microfluidique tel que défini dans l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu' il comporte des étapes de : - Contrôle des moyens d'actionnement pneumatique (3) pour mettre la membrane (11) en dépression et la plaquer contre la face supérieure de la couche inférieure (12) ; - Pendant que la membrane (11) est maintenue par dépression, activation de l'élément (50) chauffant ou refroidissant en vue de transmettre un flux de chaleur ou refroidissant à destination de l'insert (4) pour chauffer ou refroidir le volume interne de ladite cavité (20).

Description

Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à une cartouche microfluidique disposant d'un insert thermiquement conducteur. L'invention concerne également un dispositif microfluidique comportant ladite cartouche microfluidique et un procédé de commande du dispositif microfluidique. Etat de la technique Il est connu du brevet EP3541514B1 de réaliser une cartouche microfluidique, également appelée carte microfluidique ou puce microfluidique, comprenant une ou plusieurs capsules microfluidiques connectées entre elles au sein d'un circuit microfluidique. Chaque capsule microfluidique comporte une chambre et une membrane apte à se déformer dans la chambre. Selon sa position, la membrane vient moduler le volume de la chambre. La membrane est actionnée à l'aide de moyens d'actionnement pneumatique. Lorsque la cartouche comporte plusieurs capsules microfluidiques, il est possible de venir utiliser une seule membrane formant une couche spécifique de la cartouche microfluidique. En appliquant une pression ou une dépression localisée sur la membrane, on vient adresser chaque capsule microfluidique de la cartouche. En exerçant une pression positive ou négative sur la membrane, on vient vider ou remplir la chambre en fluide via le circuit microfluidique. Classiquement, la cartouche est composée de plusieurs couches assemblées entre elles : Une couche supérieure qui comporte le circuit microfluidique de la cartouche, le circuit microfluidique pouvant comporter plusieurs éléments fluidiques (chambre, vanne,...).La membrane qui est assemblée sur une face de cette couche supérieure.Une couche inférieure qui comporte le circuit d'actionnement, en général de type pneumatique. La couche supérieure et la couche inférieure sont réalisées dans des matériaux polymères de type COC, PMMA ou équivalents. Les demandes de brevets US2020/206736A1 et US2018/066248A1 décrivent l'intégration d'un insert dans une cartouche microfluidique, l'insert étant mobile en translation pour venir actionner une membrane déformable. Pour certaines applications, il est également utile de venir chauffer le volume interne de la chambre, par exemple lors d'une réaction d'amplification biomoléculaire. Pour cela, la cartouche est souvent placée sur une platine dotée d'un élément chauffant (Module Peltier, résistance...). Cependant, pour venir chauffer ou refroidir le volume de la chambre, on se heurte à plusieurs contraintes : La cartouche est réalisée en matériau de type polymère qui est souvent un très bon isolant thermique. L'élément chauffant doit donc être placé à une température relativement élevée pour venir chauffer suffisamment la chambre.La surface disponible sur la cartouche microfluidique est limitée, les différents éléments fluidiques peuvent être donc assez rapprochés sur la surface de la cartouche, rendant difficile un chauffage ou refroidissement localisé d'une chambre en particulier.De même, il est difficile d'adresser des éléments fluidiques distincts de la cartouche avec des températures distinctes, le flux de chaleur ou de refroidissement appliqué sur un élément fluidique pouvant se diffuser sur les éléments fluidiques adjacents. Le but de l'invention est de proposer une solution pour adresser thermiquement de manière précise un élément fluidique d'un circuit microfluidique d'une cartouche mcirofluidique, cet élément fluidique étant réalisé sous la forme d'une capsule microfluidique. Exposé de l'invention Ce but est atteint par une cartouche microfluidique comportant plusieurs couches superposées et assemblées entre elles, lesdites plusieurs couches comportant : Une première couche fluidique, dite couche supérieure, réalisée dans un matériau polymère et comprenant un circuit microfluidique, le circuit microfluidique comportant au moins une face, dite inférieure, dans laquelle est réalisée une cavité formant un volume interne ;Une deuxième couche comportant une membrane assemblée sur la première couche et venant refermer ladite cavité pour former une capsule microfluidique, ladite membrane étant apte à être contrôlée pour se déformer à l'intérieur de ladite cavité ; Une troisième couche, dite couche inférieure, appliquée contre la membrane et réalisée dans un matériau polymère et comportant un circuit d'actionnement de ladite membrane, ledit circuit d'actionnement comportant au moins un passage traversant réalisé à l'aplomb de ladite cavité,Ladite cartouche comportant un élément formant un insert fixe solidaire de la couche inférieure et venant se loger dans ledit passage traversant, et disposant d'au moins une zone de contact avec ladite membrane, cet insert étant réalisé dans un matériau conducteur thermique. Selon une réalisation particulière, l'insert est choisi parmi un gel, une pate thermique ou un solide. Selon une autre réalisation particulière, l'insert est réalisé dans un matériau solide métallique, choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le laiton et un mélange de plusieurs de ces matériaux. Selon une particula