WO2011138748A1 - Support de puce microfluidique et systeme de regulation thermique d'un echantillon - Google Patents

Support de puce microfluidique et systeme de regulation thermique d'un echantillon Download PDF

Info

Publication number
WO2011138748A1
WO2011138748A1 PCT/IB2011/051977 IB2011051977W WO2011138748A1 WO 2011138748 A1 WO2011138748 A1 WO 2011138748A1 IB 2011051977 W IB2011051977 W IB 2011051977W WO 2011138748 A1 WO2011138748 A1 WO 2011138748A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermal
sample
chip
liquid
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2011/051977
Other languages
English (en)
Inventor
Yong Chen
Maël LE BERRE
Guilhem Velve Casquillas
Adrien Plecis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Paris
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Paris
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Normale Superieure de Paris filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to EP11725201A priority Critical patent/EP2566621A1/fr
Publication of WO2011138748A1 publication Critical patent/WO2011138748A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0275—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple branch pipes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/28—Base structure with cooling device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/30—Base structure with heating device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0077—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for tempering, e.g. with cooling or heating circuits for temperature control of elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2260/00—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
    • F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels

Definitions

  • the invention relates to a microfluidic chip support and to a spatially controlled and fast thermal control system of a sample.
  • particle includes both biological objects such as cells (animal or plant) living or not, antibodies, proteins, viruses, but also non-biological objects, such as molecules of interest (polymers, chemical molecules), liquids, etc.
  • sample will refer to the particles and the medium (liquid, or solid) that contains them.
  • the sample holder is a glass slide on which the liquid sample is deposited. Then a glass coverslip is gently deposited on the sample so as not to enclose air bubbles or damage the particles (such as animal or vegetable particles) contained in the sample liquid.
  • the coverslip is held by capillarity on the glass slide and may further be fixed by gluing to enclose the sample.
  • the sample is static. By static, it is understood that the sample is not subjected to any external mechanical force of setting in motion, such as a flow of liquid. This is essential to allow continuous observation of the samples and to be able to use "fragile" samples that do not support the mechanical stresses induced by a liquid flow.
  • the observation instrument is usually a microscope.
  • microscopes have most often used so-called "immersion” lenses because of their excellent resolution. This resolution is achieved by eliminating the air gap between the sample covered by the coverslip and the front lens of the lens.
  • a drop of oil is used whose refractive index is close to that of glass.
  • micro-heat exchangers have been developed for the cooling of electronic components.
  • the focus is on the power and design of these systems is not intended to control the temperature quickly and accurately but to minimize it.
  • all of these systems of cooling do not allow simultaneous observation of the samples, for example in transmitted light.
  • Microfluidic systems have been developed to quickly monitor the temperature of samples within the supports themselves.
  • the majority of proposed solutions use integrated heating resistors, generally for molecular biology applications, and in particular PCR (Chain Reaction polymerase in English language).
  • US3580658 discloses a microscope slide with a cavity connected to microchannels in which a refrigerant gas is injected.
  • the sample is deposited on the microscope slide thus designed, and a glass slide is deposited on top of the sample.
  • the blade is then placed in fluid communication with a refrigerant gas circuit and the operator controls the gas flow as needed to reduce the temperature of the sample.
  • This device requires the manufacture of a specially adapted microscope slide. By its three-layer design, this blade can not be adapted to standard high resolution microscopy, which generally requires a blade thickness less than 150 pm, thickness for which said device is too fragile to be manipulated.
  • the presence of a layer of gas of low optical index between the two glass slats prevents the optimal use of high-resolution digital high-aperture objectives (1, 4 NA).
  • the temperature control is not very accurate and non-homogeneous because of the heat exchange globally uncontrolled throughout the system and the device does not allow to spatially control the temperature.
  • manipulation of this device is possible for punctual experiments, but not for routine operations, generally requiring support lamellae of the disposable sample, having undergone a surface treatment and may have been incubated with the sample long before the experiment in a medium of varied composition.
  • this device requires disassembly of the sample support blade at each new analysis.
  • maintaining the same physico-chemical and biological conditions from one experiment to another is therefore almost impossible.
  • the use of an adhesive makes it almost impossible to incubate the sample on its support plate before. This device is therefore not very compatible with carrying out analyzes at the rates practiced in the analysis laboratories.
  • US20060188979 discloses a microfluidic device consisting of a glass plate traversed by liquid sample flow channels. These channels are arranged in the middle of the glass plate, while heating resistive wires are placed on the surface of the glass plate, possibly in grooves. The samples are heated by running through a current in the resistive wires.
  • This device aims to allow the temperature control of a PCR sample using resistive son.
  • this device is of complex installation, allows only a heating of the samples, induces a strong uncontrolled temperature gradient within the sample and is unsuited to the control of the temperature of static samples using the classical protocols on blade or coverslip.
  • An object of the invention is to provide a versatile, compact, microfluidic device that guarantees the integrity of the sample and related equipment, enabling rapid, precise and spatially controlled thermal regulation of a sample, including static sample.
  • the invention aims to provide a device that can be used in many applications, according to different protocols, including existing protocols, and with different requirements.
  • An important aspect of the present invention is to allow the study of static or dynamic samples with the same material.
  • the device must be easy to implement, to limit the operating costs of a heavy infrastructure and highly specialized personnel.
  • the present invention therefore aims at providing a device allowing a rapid, spatially controlled and reproducible regulation of the temperature of a viscous (gel-like), solid or liquid sample, which can be used routinely with standard observation protocols, according to a fast pace and under satisfactory economic conditions, with improved reliability and reliable logistics within a laboratory.
  • the invention proposes to use an asymmetric microfluidic chip with respect to a micro-channel network for circulating a heat-transfer fluid, and comprising on one side of the micro-channel network a layer that does not absorb heat and heat. the other side of the network a heat conducting layer, the latter layer being intended to be brought into contact with the sample.
  • the invention by regulating the temperature of the heat transfer fluid upstream of the sample, makes it possible to regulate the temperature of the sample while respecting the usual protocols of the users.
  • the subject of the invention is a microfluidic chip support according to claim 1.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a microfluidic chip for the implementation of the invention
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the microfluidic chip of Figure 1, provided with an inlet and a fluid outlet in the extension of the microchannels;
  • Figure 3 is a schematic longitudinal sectional view of a microfluidic chip for implementing the invention provided with an inlet and a fluid outlet perpendicular to the microchannels;
  • Figure 4 is a schematic perspective view of an exemplary embodiment of the microfluidic chip of Figure 3;
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a first example of a thermal control system according to the invention.
  • FIG. 6 is a diagrammatic plan view of an example of a microfluidic chip for implementing the invention, comprising a zone for thermal regulation of a heat transfer fluid and a zone for thermal regulation of a sample;
  • Figure 7 is a schematic sectional view of a second example of a thermal control system according to the invention for the implementation of the chip of Figure 6;
  • Figure 8 is a schematic sectional view of a third example of a thermal control system according to the invention.
  • FIG. 9 is a schematic sectional view of a fourth example of a thermal control system according to the invention.
  • FIG. 10 a diagram illustrating the temperature variation of a sample by means of a thermal regulation system according to the invention.
  • FIG. 11 is a diagrammatic plan view of an example of a microfluidic chip for the implementation of the invention, comprising a thermal regulation zone of a heat transfer fluid, a thermal regulation zone of a sample and a heat exchanger ;
  • Figure 12 is a schematic sectional view of a fifth example of a thermal control system according to the invention, allowing the implementation of the chip of Figure 11;
  • Figure 13 is a schematic plan view of a sixth example of a thermal control system according to the invention.
  • Figure 14 is a schematic plan view of a seventh example of a thermal control system according to the invention.
  • Figure 15 is a schematic plan view of an eighth example of a thermal control system according to the invention.
  • Figure 16 is a schematic plan view of a ninth example of a thermal control system according to the invention.
  • Figure 17 is a schematic perspective view of an example of a microfluidic chip for implementing the invention, allowing capillary electrophoresis;
  • Figure 18 is a schematic plan view of an example of a microfluidic chip for implementing the invention comprising a means for measuring the temperature of a sample.
  • the invention proposes a system for the thermal regulation of a sample, comprising at least one micro-channel network for circulating a heat-transfer fluid, and comprising on one side of the micro-channel network a layer having either a thermal capacity per unit area, at 20 ° C less than 0.3 JK "1 .cm “ 2 , or a thermal conductivity at 20 ° C of less than or equal to 0.5 Wm "1 .K "1 if she has a thermal capacity per unit area, at 20 ° C greater than or equal to 0.3 JK " .cm “ 2 and, on the other side of the network, a layer having a thermal conductivity at 20 ° C greater than 0.5 Wm "1 .K “ 1 and thickness between 10 pm and 200 ⁇ . This last layer is intended to be brought into contact with the sample.
  • micro-channel network means a plurality of microchannels allowing simultaneous distribution of coolant liquid.
  • these channels are parallel.
  • Each micro-channel may be delimited by continuous walls or by discontinuous walls.
  • the micro-channel array is formed by a cavity comprising pillars constituting the discontinuous walls of the microchannels that communicate with each other.
  • the system further comprises a system for circulating a heat transfer liquid and at least one means for thermal regulation of the heat transfer liquid.
  • the micro-channel network (s), the layer carrying the micro-channel network (s), and the heat-conducting layer are located on a thermal regulation chip independent of the circulation system. heat transfer fluid and thermal regulation means of the coolant
  • the thermal capacity per unit area is the amount of energy required to raise the chip of a given temperature (1 degree Kelvin), over its entire height, for a surface unit (cm 2 ) of the chip.
  • D is the thermal diffusivity of the material at 20 ° C measured according to DIN EN 821-2
  • this chip is fixed in a reversible manner (for example by a jamming force) on a support.
  • FIG. 1 represents a microfluidic chip 100 disposed on a layer 200, such as a glass slide, covering a sample A placed on a slide of microscopy glass 1.
  • the chip 100 comprises a layer 1 10 of material of a thickness E having either a heat capacity per unit area, at 20 ° C less than 0.3 JK "1 .cm “ 2 , or a thermal conductivity, 20 ° C, less than or equal to 0.5 Wm "1 .K “ 1 if it has a thermal capacity per unit area, at 20 ° C greater than or equal to 0.3 JK "1 .cm “ 2 .
  • layer 1 10 carrying the micro-channels is selected to have a thermal capacity per unit area at 20 ° C of less than 0.3 JK "cm" 2.
  • the layer may have a thickness less than or equal to 1 millimeter to form a so-called “thin” chip.
  • Such thermal properties make it possible to reduce the thickness of the layer carrying the microchannels to a thickness of less than 1 millimeter, which substantially improves the rate of thermal regulation of the sample by the heat transfer liquid.
  • the time constant and the homogeneity of the regulation are improved, so that it is possible to obtain a fast and spatially controlled temperature control of a sample without mechanically interfering with the sample.
  • layer 1 10 carrying the micro-channels is selected to have a thermal capacity per unit area at 20 ° C of greater than or equal to 0.3 JK "1 ⁇ cm" 2.
  • the layer must present, according to the invention, a thermal conductivity, at 20 ° C, less than or equal to 0.5 Wm "1 .K " 1 . Thanks to this combination of thermal properties, the layer may have a thickness greater than 1 millimeter to form a so-called "thick" chip, while having improved, compared to the state of the art, the speed of thermal regulation of the sample by the coolant (the time constant) and the spatial control of the temperature, without mechanically interfering with the sample.
  • the layer 1 1 has a face 1 1 1 on which is disposed at least one micro-channel array 120.
  • This microfluidic chip is functionally asymmetrical since, in use, the layer carrying the micro-channels:
  • the layer carrying the microchannels is intended to be brought into contact with a thermal transmission layer which mechanically separates the sample from the heat transfer liquid.
  • This thermal transmission layer has a thermal conductivity, at 20 ° C., of greater than 0.5 Wm -1 .K -1 and a thickness of between 10 .mu.m and 200 .mu.m.
  • the chip and the thermal transmission layer may further be made of transparent materials in the visible wavelength range.
  • This microfluidic chip is optimal for a fast, accurate and spatially controlled regulation of the temperature of a sample positioned in contact with the conductive layer since: (i) the low thermal capacity of the layer carrying the micro-channels makes it possible to rapidly eliminate the heat losses within the heat transfer fluid; (ii) the strong thermal conductivity of the conductive layer makes it possible to rapidly transfer the heat between the heat transfer fluid and the sample to be thermalized and to maintain a stable temperature regardless of the heat loss conditions related to the sample; (iii) the thermal distance between the sample and the heat transfer fluid is limited within the thermal regulation zone, which makes it possible to ensure precise spatial control.
  • Each micro-channel 120 has a width d less than or equal to 5 mm and greater than or equal to 10 m and a height h less than or equal to 500 ⁇ m and greater than or equal to 10 ⁇ m.
  • a maximum width of 5 mm limits the deformation of the heat conducting blade.
  • a minimum width of 10 ⁇ m prevents the injection pressure in the chip necessary for the circulation of the heat transfer liquid to break the chip.
  • Each micro-channel 120 has a height h less than or equal to 500 ⁇ m and greater than or equal to 10 ⁇ m.
  • the maximum height h makes it possible to obtain a sufficient transfer of heat by forced convection, so that the temperature of the heat-transfer liquid is efficiently transmitted to the heat-conducting layer.
  • a height h of the channels greater than or equal to 10 ⁇ m, makes it possible to prevent the injection pressure in the chip necessary for the circulation of the coolant to break the chip.
  • the height h of the micro-channels is chosen greater than or equal to their width d. This makes it possible to circulate the heat-transfer liquid with a flow rate that may be large, without risking a deformation of the layer 200 and to alter the optical quality of the microfluidic chip 100.
  • a height h of the channels greater than or equal to their width d allows optimal injection pressure.
  • the network configuration of micro-channels makes it possible to limit the injection pressure of the heat transfer fluid, while optimizing the speed and the spatial control of the temperature regulation.
  • the width 1 of the pillars or the distance 1 between two microchannels is greater than one twentieth of the width of micro-channels. This avoids, in use, that the necessary injection pressure does not destroy the chip.
  • the width 1 of the pillars or the distance 1 between two microchannels is advantageously less than or equal to twice the thickness of the heat conducting layer 200 (see below) to obtain a good spatial control of the temperature.
  • micro-channels are intended to conduct a coolant 2 when using the microfluidic chip 100.
  • the face 111 of the layer 110 carrying the micro-channels 120 is intended to be brought into contact with a layer 200 covering the sample A.
  • the chip 100 is reversibly disposed on a set layer 200 / sample A / glass slide 1, previously prepared according to a protocol well known per se, so that the layer 200 is in contact with the microchannels 120
  • This chip is therefore compatible with conventional microscopy techniques or any other system for characterizing the sample.
  • the chip may be applied and then detached successively from the layer 200 covering the sample A while avoiding mechanical or chemical deterioration since it is protected by the layer 200 which remains on the sample when the layer 110 is withdrawn.
  • This assembly allows a rapid routine study, at a high rate of several samples prepared according to the same protocol, and without subsequent destruction of the sample. Observations can therefore be easily repeated under the same experimental conditions.
  • the layer 200 may be an integral part of the chip 100, that is to say that it is fixed, during the manufacture of the chip, non-reversibly on the chip 100 in contact with the micro- canals 120.
  • this set layer 1 10 / layer 200 which is applied to the sample A previously deposited on a microscopy slide, or any other substrate.
  • the entire layer 1 / layer 200 can be applied and then successively removed samples while avoiding that the thermal regulation deteriorates mechanically or chemically, the physical separation with the coolant avoiding a chemical reaction with the sample, dilution, dispersion or mechanical destruction of the sample. Nevertheless, a subsequent preservation of the sample is tricky since it is returned to the air, simply deposited on its substrate 1. This embodiment of the chip should therefore be reserved for experiments in which the sample It does not need to be kept.
  • the layer 200 is heat conducting. It has a thickness e greater than 10 ⁇ m and less than or equal to 200 ⁇ m.
  • a thickness greater than 10 ⁇ m prevents the blade from being deformed or destroyed by the pressure of the coolant.
  • a thickness e less than 200 ⁇ allows a great versatility of the chip. Indeed, at constant time with other devices known in the state of the art (about 1 minute), the chip allows a thermal regulation of a sample up to 1 mm thick. In addition, with a sample thickness equal to that of the conventional samples of the state of the art (about 100 pm between blade and coverslip), the chip allows for a fast and spatially controlled thermal control of the sample. Thus, for example, for an ambient temperature of 23 ° C, an initial sample temperature of 23 ° C, and a sample set temperature of 3 ° C, the chip allows a uniform thermal regulation of the sample.
  • the layer 200 has a thermal conductivity at 20 ° C of greater than 0.5 Wm -1 .K -1 . When in contact with the face 1 1 carrying the micro-channel network 120, this layer closes the microchannels. In use, when heat transfer liquid circulates in the microchannels 120, the layer 200 conducts the heat (positive or negative) and transmits it to the sample A.
  • the width 1 of the pillars or the distance 1 between two microchannels is chosen to be less than or equal to twice the thickness e of the layer 200 between the sample and the coolant, which makes it possible to maintain good homogeneity and good spatial control of the temperature on the surface of the layer 200 in contact with the sample.
  • the distance 1 is substantially equal to the thickness of the heat conducting layer 200, which optimizes the good spatial control of the temperature.
  • the face 11 of the layer 110 carrying the microchannels 120 is advantageously adapted to be brought into sealing contact with a layer 200 covering the sample A.
  • the layer 1 carrying the microchannels is made of polydimethylsiloxane (PDMS ), and the heat conducting layer 200 is made of glass.
  • This seal may be constituted by an adhesive between the two layers.
  • the microchannels 120 are separated by continuous walls 121 of thickness less than or equal to 400 ⁇ .
  • the microchannels may be constituted by a cavity of height less than or equal to 500 ⁇ , provided with a network of pillars with a diameter less than or equal to 400 ⁇ , preferably less than or equal to 200 ⁇ , and spaced apart by a distance of less than or equal to 5 mm.
  • channels or pillars supporting a cavity avoids deformation of the thermal conduction membrane 200 under the action of the pressure necessary for the circulation of the coolant on the thermal conduction membrane 200.
  • the micro-channels are parallel to ensure a good homogeneity of the heat transfer between the heat-transfer liquid and the sample via the heat-conducting layer 200, while presenting an optimum time constant and reducing the pressure required for circulation. heat transfer fluid.
  • the chip can integrate structuring of at least one internal face of the microchannels to standardize the temperature in the heat transfer liquid 2.
  • FIG. 2 is a longitudinal section of the chip 100 of FIG. 1. This FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which each microchannel 120 extends all along the chip 100.
  • micro-channel surface is meant the area equal to the distance d + 1 covered by each micro-channel multiplied by the number and the length of each micro-channel.
  • thermo regulation zone of the sample The part of the surface of the microchannels facing the sample is called the "thermal regulation zone of the sample".
  • the thermal regulation zone Z 1 of the sample extends all along the chip 100.
  • each micro-channel 120 has, in its extension, an inlet 122 and an outlet 123 for the circulation of the coolant 2.
  • the inlet 122 and the outlet 123 are disposed on the lateral faces 1 12 of the layer 1 10.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate an exemplary alternative embodiment of a chip 101, in which the inlet 122 and the outlet 123 are disposed on the upper face 1 13 of the layer 1 10, that is to say the face opposite to the face carrying the micro-channels 120.
  • the input 122 and the output 123 are connected to the micro-channel 120 by pipes 124.
  • the inputs 122 and outputs 123 of the microchannels converge to a single input and a single output, preferably each equipped with a fluidic connection means to a fluid circuit.
  • FIG. 4 illustrates a particular exemplary embodiment, in which the chip 101 has a layer 110 carrying the microchannels attached to a heat transfer layer 200 as described in FIGS. 1 to 3.
  • the layers 10 and 200 on either side of the micro-channel network must be transparent to the signals (or radiation) emitted and / or received by the observation device 1000 of the sample.
  • the layers 10 and 200 must be transparent to the wavelengths of the light visible to humans.
  • the optical refractive index of the heat transfer fluid may be adjusted with that of the layers 1 10 to make the channels or pillars invisible at the wavelengths used and allow accurate observation of the sample.
  • the coolant has an optical density equal to the optical density of the microfluidic cover, which makes it possible to avoid seeing the microfluidic network when one is in microscopic observation.
  • FIG. 5 illustrates a thermal control support 300 of a sample comprising a means 301 for holding a microfluidic chip 101, illustrated in FIG. 3, in relation with a thermal regulation means 400 of a fluid 2 intended to be flow in the microchannels of the chip.
  • the chip is "kept in relation" with the thermal control means 400 when positioning and maintaining the chip in the support allow flow in the microchannels of the thermally controlled fluid chip by the thermal control means.
  • the support 300 comprises a thermal regulation zone Z 2 of the heat transfer fluid 2 comprising at least one pipe 302 of the coolant liquid, intended to be placed in thermal relation with the thermal regulation means 400.
  • the pipe is designed to favor the heat transfer between the thermal control means 400 and the fluid 2.
  • the pipe 302 may be of metal, such as copper or aluminum.
  • the pipe may be disposed on the face of the support, directly in contact with the thermal control means 400.
  • the pipe 302 may be integrated into the support. In this case, the heat transfer between the thermal control element and the heat transfer liquid is then through the part of the support located between the pipe 302 and the thermal control means.
  • the thermal regulation means 400 of the heat transfer liquid preferably has a heating power of at least 0.8 W per cm 2 of surface area of the microchannels
  • the thermal regulation means 400 is a thermoelectric module (such as a Peltier module) for heating or cooling the heat transfer liquid.
  • the thermal control means 400 may comprise several units such as, for example, several thermoelectric modules.
  • the conduit 302 is connected to the micro-channel array of the microfluidic chip 101 by a fluid connection means 125.
  • the support also comprises a transport pipe 303 for the coolant 2 from the pipe 302 to the fluid connection means 125.
  • This transport pipe 303 preferably has a length less than a typical length of 10 cm per cm 2 of micro-channel surface. This is to limit heat loss (positive or negative) and to allow rapid transport of the thermally controlled liquid to the microchannels 120 for the thermal regulation of the sample A.
  • said at least one pipe for transporting the coolant advantageously has a length such that the thermal capacity of the pipe / device assembly remains less than 0.5 J / K per cm 2 of micro-channel surface.
  • Ci is the heat capacity, at 20 ° C, of the material of the layer
  • ⁇ Vi is the volume of the layer
  • V 2 is the volume of the pipe (s).
  • the support 300 is in fluid communication with a heat transfer liquid management system 500 comprising a tank 510 of heat transfer liquid and a means 520 for circulating a heat transfer liquid.
  • the reservoir may consist of a tank 510 and / or a sufficient length of tubing 511.
  • the circulation means 520 of the coolant liquid is preferably capable of generating a coolant flow rate of at least 0.3 ml per minute and per cm 2 of surface of the microchannels to ensure rapid circulation. liquid and a fast and accurate thermal regulation of the sample.
  • the means for circulating a heat transfer fluid 520 and a thermal control fluid 400 are controlled by means of an electronic / computer control system (not shown).
  • This system of control comprises a central data processing unit connected to one or more thermal probes placed upstream and / or downstream of the microfluidic chip so as to be able to quantify the heat losses between the sample and the external medium and thus correct the instructions of the means for generating flow and / or thermalization.
  • This fluidic circuit comprises the tank 510, the pipes 511, the pipe or ducts 302, the duct or ducts 303, the microchannels 120, and the fluid outlet 123 outside the microchannels.
  • this outlet 123 is connected to the tank 510 for recirculation of the coolant.
  • the fluid having passed through the microfluidic chip is thus reinjected upstream of the thermal regulation means of the coolant liquid.
  • the coolant is circulated in the fluid circuit in the direction of arrow F1.
  • the liquid first passes through the heat regulation zone Z 2 of the heat transfer liquid, before circulating in the thermal regulation zone Zi of the microchannels 120.
  • this zone Z 2 comprises a pipe network 130 of the coolant liquid, intended to be placed in thermal relation with a thermal regulation means (not shown in this FIG. 6).
  • the pipe network 130 is fluidly connected to the microchannel network 120 by a pipe network 140.
  • This embodiment of a chip allows miniaturization of the thermal control system.
  • the thermalization zone of the coolant liquid is also changed, which avoids a fouling of the thermal control zones and ensures a constant efficiency of the thermal regulation of the liquid and the sample.
  • the layer 1 carrying the micro-channel network has a thermal capacity per unit area, at 20 ° C. less than 0.3 JK. 1.cm- 2 and a thermal conductivity, at 20 ° C, greater than or equal to 0.5 Wm-1.K-1, in which case it is possible to thermally regulate the liquid sufficiently efficiently by setting the thermal control means 400 with regard to the zone Z2 on the side of the layer 1 10, or this layer 1 10 has a thermal conductivity, at 20 ° C, less than or equal to 0.5 Wm-1.K-1 (for example if it is in PDMS), and the thermal regulation of the heat transfer liquid must then be done in the zone Z2, but through the heat conducting layer 200.
  • This embodiment is illustrated in FIG. 7.
  • the length of the thermal regulation zone Z 2 of the heat transfer fluid is equal to or greater than the length of the microchannels used for thermally regulating the sample.
  • FIG. 7 illustrates a system for the thermal regulation of a sample A using the chip illustrated in FIG. 6.
  • the thermal regulation means 400 for the coolant is arranged opposite zone Z 2 and the sample is arranged next to the Zi zone. Zones Z 2 and Z 1 are connected by pipes 140.
  • the sample is deposited on the chip so as to be able to observe it with a right microscope, while controlling its temperature quickly and accurately.
  • the layer 200 for thermally regulating the sample is therefore oriented upwards.
  • the support 300 of the chip 100 preferably contains reversible fixing means for positioning, holding and clamping the chip in the support, and the sample in contact with the chip.
  • the system comprises a means 520 for circulating a heat transfer liquid, a temperature control means 400 at a fixed temperature and a heat transfer fluid reservoir at room temperature.
  • the means 520 for circulating a heat-transfer fluid and thermal regulation 400 of the fluid are controlled by means of an electronic / computer control system associated with one or more thermal probes (not shown).
  • This system makes it possible to vary the temperature of the sample in a spatially controlled manner between the temperature of the thermal control means 400 and the ambient temperature, simply by changing the direction of flow of the heat-transfer liquid in the system by means of the medium for circulating a heat transfer fluid 520.
  • the latter can be, for example, a syringe pump, a pneumatic pump or a hydraulic pump.
  • the chip 100 consists of a glass slide 11 of 300 ⁇ m in thickness, in which the microchannels 120 are etched, which is bonded to a glass lamella 200 of 100 ⁇ m. thickness.
  • the thermal regulation zone Z 1 is composed of a series of parallel channels 50 ⁇ m high, 50 ⁇ m wide, and 50 ⁇ m apart.
  • the assembly covers a thermal regulation surface of 1 cm 2 .
  • the chip support 100 100 comprises a metal frame on which is fixed a set of conduits 302 / Peltier module 400 / radiator 401, arranged so that the pipes 302 is not in thermal contact with the frame.
  • the lines 302 are connected to the microchannels of the chip by a copper pipe 303 of 1 mm outside diameter and 0.5 mm inside diameter through a rubber seal directly in contact with the chip. Line 303 is not in contact with the frame.
  • the chip is held in the chip holder by a cap screwed onto the holder which applies a controlled pressure on the chip through a rubber seal.
  • the circulation means 520 makes it possible to inject water into the circuit at a flow rate of 50 ⁇ / s, in one direction or the other.
  • the chip, the support and the system according to the invention prevent the microscope from disturbing the thermal regulation of the sample.
  • the thermal regulation according to the invention is at a very small distance from the sample relative to the distance between the microscope and the sample. This is all the more true when using an immersion microscope, while the drop of oil makes a thermal bridge with the thermal control systems of the prior art, generating an uncontrollable and dangerous hot spot for the sample. This phenomenon is totally absent in the present invention, which allows a rapid and spatially controlled thermal regulation of the sample.
  • the thermal (thermal capacity and thermal conductivity) and structural (thickness) properties of the layer 110 carrying the micro-channels are such, with respect to the thickness of the layer 200, that the heat losses through the layer 110 are weak and / or slow, and do not disturb the accuracy and speed of the thermal regulation of the sample.
  • the sample is deposited on the chip in such a way as to be able to observe it with an inverted microscope, a configuration typically used during observations in microscopy. high resolution (epifluorescence, confocal, TIRF, etc.).
  • the thermal conduction layer 200 of the chip is oriented downwards.
  • the sample can be enclosed between the layer 200 and a conventional microscopy slide.
  • Figure 9 illustrates a particularly advantageous sample support for the static study of fragile liquid samples.
  • This sample support 600 has a deposit layer of the sample.
  • this layer 601 presents a thermal conductivity, at 20 ° C, less than 2 Wm "1 .K " 1 and a thickness less than or equal to 1 mm.
  • a peripheral flange 602 is disposed on the layer 601, providing a sealed storage cavity for the sample between the deposition layer 601 and the heat conducting layer 200 of the chip.
  • the rim has a height less than or equal to 1 mm.
  • the distance between the micro-channels of the chip and the sample (this distance being equal to the thickness of the layer 200) is sufficiently smaller than the distance separating the sample from the objective of the microscope (this distance being greater than the thickness of the layer 601) so that the heat released by the microscope does not disturb the intensity and homogeneity of the thermal regulation of the sample.
  • the chip comprises a glass slat 200 of 100 ⁇ m thick on which is bonded a block of PDMS 5 mm thick in which is molded a cavity where the heat transfer liquid circulates.
  • the thermal regulation zone is composed of a cavity of 1 cm 2 and 50 ⁇ m high, supported by a network of pillars 50 ⁇ m in diameter, spaced 100 ⁇ m.
  • the heat capacity per unit area at 20 ° C of a PDMS block of 5mm thickness is 0.75 JK "1 ⁇ cm" 2, thus greater than 0.3 JK “1 .cm” 2 .
  • its thermal conductivity, at 20 ° C is equal to 0, 15 Wm “ .K “ 1 , therefore less than 0.5 Wm “ .K “ 1 .
  • the chip support and thermal control system are functionally similar to those described in Figure 8.
  • a liquid sample is deposited in a sample support 600 composed of a lamella 601 made of glass or molded plastic 100 ⁇ m thick, so as to form a peripheral rim of 10 ⁇ m in depth, forming a cavity for receiving the sample. sample.
  • the graph of FIG. 10 shows the efficiency of the thermal regulation obtained with a thermal regulation system similar to that of FIG. 9. This graph shows that such a system makes it possible to change the temperature of a sample in less than 10 seconds and to obtain a temperature accuracy of less than 0.5 ° C. These time constants are much lower than those (about one minute) that are obtained with the systems of the state of the art.
  • the invention makes it possible to obtain a spatially controlled temperature of the sample.
  • FIG. 11 illustrates a thermal regulation chip similar to that described in FIG. 6, and further comprising a heat exchanger 700 between the liquid likely to enter the microchannel network and the liquid likely to exit. the micro-channel network.
  • the temperature of the liquid leaving the microchannel network of the chip is transferred to the liquid entering the microchannel network of the chip.
  • This structure makes it possible to limit the power necessary for the operation of the system and avoids circulating the thermally regulated liquid in the circulation means 520 of the liquid. This structure therefore makes it possible to use a circulation pump without the temperature of the pumped liquid coming out of the tolerances of the pump.
  • the heat exchanger can be integrated into the chip holder.
  • the heat exchanger is made in the chip itself, in the form of two parallel micro-channels, of a length greater than 5 cm, encircling the microchannel network of thermal regulation of the sample and, optionally, the thermalization network of the coolant, if it is integrated in the chip (which is the case in the example of Figure 1 1).
  • This makes it possible to limit the diffusion of heat from the thermalization zones towards the periphery of the chip, thus limiting the energy losses.
  • This structure also makes it possible to increase the homogeneity of the temperature in the thermal regulation zones.
  • the heat exchanger and the thermal control zones are also eliminated, which avoids the fouling of these different structures and expensive maintenance of the system. An exemplary embodiment is described below.
  • the chip 100 consists of a glass slide 11 of 300 ⁇ m in thickness, in which are engraved the microchannels 120, which is bonded to a glass plate 200 of 100 ⁇ m thick.
  • the thermal regulation zone Z 1 is composed of a series of parallel microchannels 120 of 50 ⁇ m in thickness, 50 ⁇ m wide, and 50 ⁇ m apart.
  • the assembly covers a thermal regulation surface of 1 cm 2 .
  • the thermal capacity per unit area at 20 ° C is less than 0.3 JK "1 .cm " 2 : 0.063 JK "1 .cm '2
  • This chip also comprises a fluidic network comprising an inlet 122 and an outlet 123 of liquid between which are inserted, in the direction of circulation of the fluid:
  • a heat exchanger 700 between the outgoing liquid and the incoming liquid composed of two parallel spiral channels, 200 ⁇ m wide, 50 ⁇ m thick and 15 cm long, one circulating the liquid entering one direction and the other circulating the outgoing liquid in the opposite direction. The closer these two channels are to each other, the better the exchange of heat;
  • a thermal regulation zone Z 2 of the coolant comprising a series of parallel pipes 130 of 100 ⁇ m wide and 50 ⁇ m thick. These pipes are intended to be in contact with a thermal regulation means such as a Peltier module;
  • the thermal control zone Z ⁇ of the sample comprising a micro-channel array 120 in contact with the sample.
  • FIG. 12 illustrates a system incorporating the chip of FIG. 1 1.
  • This system comprises a chip support integrating a thermal regulation means 400 intended to thermally regulate the coolant circulating in the conduits 130 of the chip.
  • the layer 1 carrying the micro-channel network has a thermal capacity per unit area at 20 ° C. of less than 0.3 JK-1.cm -2 and a thermal conductivity, at 20 ° C, greater than or equal to 0.5 Wm-1 .K-1.
  • the thermal regulation can be carried out with regard to the zone Z2 through the layer 1 10.
  • a sample holder having a cavity is disposed facing the microchannels 120 of the thermal regulation zone of the sample A.
  • the system also comprises a means for circulating the heat transfer liquid composed of a pump 520 and a liquid reservoir 510.
  • the thermal regulation system comprises a chip 100 similar to that described in FIG. 13
  • the means for circulating the coolant is a mini-diaphragm pump integrated in the support of the chip. This mini pump circulates the liquid loop to minimize the amount of liquid consumed and the amount of liquid to be thermally controlled.
  • the thermal regulation means 400 comprises two Peltier modules arranged on either side of the pipes 130 (not shown), and having a high pfd power to obtain a high temperature change rate of the heat transfer liquid.
  • the thermal regulation means 400 of the coolant liquid is mounted in fluid communication with a heat exchanger 700 to recycle the temperature of the heat transfer liquid at the outlet of the chip towards the inlet of the thermal regulation means 400. This makes it possible to limit the size of the heat transfer fluid. the thermal regulation zone of the fluidic circuit.
  • the thermal regulation system comprises a chip 100 similar to that which has been described in FIG. 4, and two independent thermal control means 400 and 400 'connected, on the one hand, to two independent liquid circulation means 520 and 520' and, on the other hand, to mixing means 800 located between the thermal regulation zone of the sample and the various thermal regulation means 400 and 400 '.
  • the set is preferably computer-controlled.
  • the means for circulating the liquid 520 and 520 'are advantageously mini-pumps with a variable flow rate.
  • this system makes it possible to change the temperature of the heat transfer liquid very rapidly by mixing two liquids, preferably of different temperatures, coming from two different thermal control elements 400 and 400 '(for example with a Peltier module).
  • the set temperature can then be any temperature between the temperatures of the two temperature control elements.
  • FIG. 15 is an alternative to the embodiment of FIG. 14.
  • the system comprises two separate thermal control elements 400 and 400 'with only one means for circulating the liquid 520 and a switch 810 of the solenoid valve type.
  • This implementation mode makes it possible to quickly switch the temperature of thermal regulation between two setpoint values.
  • Switch 810 may be a proportional or bistable switching valve.
  • FIG. 16 illustrates the possibility of generating a spatial temperature gradient in the thermal regulation zone Z1 of the sample.
  • the chip 104 has, between the thermal control means 400 and 400 ', a mixing means 800' constituted by a microfluidic network of gradient generation by diffusion or chaotic convection.
  • This mode of implementation makes it possible to obtain any spatial gradient of temperature, the temperature gradient being able to be modified rapidly in time by modifying the reference temperatures of the Peltier elements.
  • the invention makes it possible to regulate the temperature of a sample disposed, for example, in a sample support 600 having microfluidic structuring or active elements (electrodes for example) making it possible to apply other elementary operations. to the sample (application of an electric field, displacement by pressure gradient, etc.).
  • FIG. 17 thus illustrates the possibility of using a thermal regulation chip according to the invention for capillary electrophoresis.
  • the thermal regulation chip illustrated in FIG. 17 comprises the following stack: a layer 1 on one side of which is disposed a microchannel network for circulating a heat transfer fluid, a heat transfer layer 200, and a layer 900 on one side of which is disposed a micro-channel network of capillary electrophoresis.
  • the system comprises a thermal control system as one of the implementation modes presented above, as well as elements necessary for the control of the capillary electrophoresis chip.
  • This embodiment thus makes it possible to impose a constant temperature during the capillary electrophoresis separation step, compensating for the joule effect that can be generated during the implementation of this technique. It is also possible to impose a temperature gradient in this system in order to perform separation operations under temperature gradient.
  • the structuring of a microfluidic network in the sample support 600 and the fitting of appropriate connections with microfluidic implementing means makes it possible to inject sequentially or continuously a sample under the microfluidic chip (itself carrying a network of microchannels for the circulation of a coolant) to observe the behavior of a larger sample volume in the presence of a gradient spatial and / or temporal temperature.
  • a sample in the cavity provided by the sample holder 600 with a new sample from an external reservoir after a step of observing the sample during which the latter has been subjected to a shock. thermal or at a precise temperature sequence.
  • This sample can also be injected continuously into the cavity or microfluidic network carried by the sample holder 600.
  • the user has a sample in contact with the heat conducting layer 200 of a chip.
  • This layer can be referred to the chip or be an integral part of the chip.
  • the user connects the microchannels 120 of the chip to a fluid circuit of a coolant liquid. Then, it controls the thermal regulation of the heat transfer liquid outside the microchannels 120, so that it reaches a predetermined temperature. Then, the user causes the heat-regulated heat transfer fluid to flow through the microchannels 120 for the entire period during which the sample has remained at the set temperature, and it discharges the liquid outside the microchannels.
  • the evacuated liquid is recovered.
  • the implementation method comprises a step of heat exchange between the liquid leaving the microchannels and the liquid entering the thermalization zone of the coolant liquid, this to reduce the heat output necessary for the thermalization of the liquid coolant.
  • the invention makes it possible to ensure the homogeneity of the temperature in the sample during its thermal regulation, by separating the circulation network of the heat transfer liquid from the sample, by thermally isolating the heat transfer fluid circulation network, by thermally regulating this liquid away from the sample, and by optimizing the liquid flow and the distance e between the sample and the coolant.
  • the invention makes it possible to produce a chip made of transparent material to enable the use of microscopes with visible light, and allows the implementation of standard protocol for making a sample on a conventional microscopy slide.
  • the invention allows a very versatile use since the chip can be disposed above or below the sample.
  • the system is therefore compatible with conventional microscopy techniques or any other system for characterizing the sample and allows the study of this sample under static conditions.
  • the system is reversible, that is to say that it can be successively applied and then detached from the sample while avoiding mechanical or chemical deterioration.
  • the thermal control system according to the invention is very economical and compact. It can be implemented easily, without requiring high knowledge of microfluidics.
  • the invention ensures a quality (speed and homogeneity) of thermal regulation much higher than that obtained by the currently known devices.
  • the invention advantageously provides a means 1100 for measuring the temperature of the heat transfer liquid after it has been thermally regulated by the thermal control means 400-400 ', and before the regulated heat transfer liquid enters the microchannels.
  • the thermal control means 400-400 ' are slaved to the temperature measurement means of the heat transfer liquid.
  • this means 1100 detects a change in temperature of the heat transfer liquid, it controls the thermal regulation means so that they reduce or increase the temperature of the heat transfer liquid.
  • the thermal regulation means so that they reduce or increase the temperature of the heat transfer liquid.
  • the temperature of the sample is identical to that of the coolant. So by measuring the temperature of the coolant just before entering the microchannels, we can know very precisely the temperature of the sample.
  • the heat-conducting layer 200 and / or the sample support 600 can carry the means for measuring the temperature of the heat-transfer liquid.
  • the means for measuring the temperature of the heat-transfer liquid is arranged in thermal relation with the pipes 140 conducting the coolant from the thermal regulation zone Z2 of the liquid to the micro-channels 120 of the thermal regulation zone Z1. of the sample.
  • this temperature measuring means 1100 is a metal track whose resistance (proportional to temperature) is measurable for example by a four-point measurement technique.
  • This track may advantageously be inserted upstream of the sample and downstream of the thermal regulation zone of the coolant liquid, between zones Z-1 and Z 2 of FIG. 18, for example, or in thermal contact with the pipeline of transport 303 of Figures 5, 8 and 9.
  • it may be a zone Z 3 dedicated to measuring the temperature of the heat transfer liquid before it enters the thermal regulation zone Zi.
  • the temperature measuring means 1100 is neither in the sample nor in the thermal control means 400-400 .
  • This arrangement allows observation of the sample without being impeded by the temperature sensor in the sample.
  • this provision is not invasive and respects the physical and chemical integrity of the sample
  • the temperature measuring means 1100 necessarily absorbs part of the heat for its operation, which disturbs the thermal environment of the sensor. Since the sensor is not located above or in contact with the sample, it does not disturb the temperature of the sample.
  • the temperature measuring means 1100 is not located in the thermal control means 400-400 ', which avoids measuring the temperature of the thermal control means 400-400' which can be very different from that of the heat transfer liquid if there are heat losses before the micro-channels.
  • the means for circulating the fluid can be a source of pressure.
  • This mode of implementation makes it possible to control the movement of the coolant by using a source of pressure rather than a pump to continuously supply the chip with heat transfer liquid without time limitation.
  • the liquid flowing in the chip passes alternately between two tanks;
  • Two microfluidic chips can be used, one on each side of the sample, to increase the speed and accuracy of the temperature control.
  • the sample is then placed between the thermal conduction layers 200 of each chip;
  • the chip carrier and the chip may contain a number of fluidic or electrical networks disjoint from the heat transfer fluid network, said so-called secondary networks used to control parameters related to the sample to be analyzed.
  • the sample to be analyzed may be integral with the microfluidic temperature control chip, or may be made integral by a positioning and clamping system integrated in the support chip;
  • the chip can integrate several independent inputs accepting heat transfer fluids at different temperatures, as well as one or more micro-channel networks allowing the generation of spatial and temporal temperature profiles.
  • the chip / sample support assembly may provide for the inclusion of means for controlling the thermal, chemical or kinetic parameters of the sample, said control means being either located on the lower face of the heat-conducting layer or on the upper phase of the support.
  • the chip may further contain means for measuring the thermal, chemical and velocity properties of the coolant.
  • the system according to the invention may comprise a heat-transfer liquid reserve which is thermally pre-regulated and arranged upstream of the thermal regulation zone Z 2 to allow a rapid flow of a large quantity of heat-transfer liquid in the microfluidic chip. rapidity of flow being permitted by the low temperature adjustment to be made in the thermal control zone Z 2 by the regulating means, before the liquid enters the control zone of the sample Z 1 .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

L'invention propose un support de puce microfluidique et un système de régulation thermique d'un échantillon permettant une régulation rapide, spatialement contrôlée et reproductible de la température d'un échantillon visqueux ou liquide, utilisable en routine, selon une cadence rapide et dans des conditions économiques satisfaisantes, avec une fiabilité améliorée et permettant une logistique fiable au sein d'un laboratoire. A cette fin, l'invention a pour objet un système de régulation thermique d'un échantillon comprenant : - une puce (100) comprenant une couche (200) conductrice de chaleur, et une couche (1 10) ayant une face (111) sur laquelle est disposé au moins un réseau de micro-canaux (120) la couche (200) conductrice de chaleur étant en contact avec la face (111) portant le réseau de micro-canaux (120) afin de fermer les micro-canaux; - un support destiné à recevoir la puce microfluidique; - au moins un moyen de régulation thermique du liquide caloporteur; - au moins un moyen de mise en circulation du liquide caloporteur dans la puce.

Description

SUPPORT DE PUCE MICROFLUIDIQUE ET SYSTEME DE
REGULATION THERMIQUE D'UN ECHANTILLON
L'invention se rapporte à un support de puce microfluidique et à un système de régulation thermique spatialement contrôlée et rapide d'un échantillon.
Dans de nombreux domaines de recherche et d'analyse, il est nécessaire de déterminer la présence ou l'absence de certaines particules d'intérêt dans un liquide, ou d'étudier le développement de particules d'intérêt présentes dans un liquide, ou de favoriser la formation de structures à partir de particules. Par la suite, le terme particule regroupe à la fois des objets biologiques tels que des cellules (animales ou végétales) vivantes ou non, des anticorps, des protéines, des virus, mais aussi des objets non biologiques, tels que des molécules d'intérêt (polymères, molécules chimiques), des liquides, etc. Par la suite, le terme « échantillon » se rapportera aux particules et au milieu (liquide, ou solide) qui les contient.
De nombreuses applications nécessitent un contrôle de la température rapide, précis et contrôlé spatialement, aussi bien pour chauffer que pour refroidir l'échantillon. Par spatialement contrôlé, il est entendu qu'il peut être nécessaire que la température soit parfaitement homogène sur tout l'échantillon ou suive un profil de température bien défini.
La plupart des protocoles d'étude actuellement mis en œuvre utilisent un support de l'échantillon et un instrument d'observation.
Le support d'échantillon est, dans la grande majorité des cas, une lame de verre sur laquelle on dépose l'échantillon liquide. Puis une lamelle de verre est déposée délicatement sur l'échantillon pour ne pas enfermer de bulle d'air ni abîmer les particules (telles que des particules animales ou végétale) contenues dans le liquide de l'échantillon. La lamelle est maintenue par capillarité sur la lame de verre et peut, en outre, y être fixée par collage pour enfermer l'échantillon. Dans ce type d'étude, l'échantillon est statique. Par statique, il est entendu que l'échantillon n'est soumis à aucune force mécanique extérieure de mise en mouvement, telle qu'un flux de liquide. Ceci est essentiel pour permettre une observation continue des échantillons et pour pouvoir utiliser des échantillons « fragiles » ne supportant pas les contraintes mécaniques induites par un écoulement de liquide.
L'instrument d'observation est généralement un microscope. Depuis de nombreuses années, les microscopes utilisent le plus souvent des objectifs dits « à immersion » en raison de leur excellente résolution. Cette résolution est obtenue en éliminant la lame d'air entre l'échantillon couvert par la lamelle et la lentille frontale de l'objectif. On utilise pour cela une goutte d'huile dont l'indice de réfraction est proche de celui du verre.
Il est donc souhaitable de pouvoir mettre en oeuvre les protocoles expérimentaux classiques et biens établis, tout en proposant une régulation thermique rapide et spatialement contrôlée de l'échantillon. Cette exigence de mise en œuvre des protocoles classiques permet de conserver les pratiques des laboratoires et une comparaison des résultats entre expériences.
De plus, pour permettre l'observation classique des échantillons, par exemple en biologie cellulaire, il est indispensable de pouvoir observer les échantillons à l'aide d'un système d'observation optique par lumière transmise ou par épifluorescence.
En outre, pour obtenir des images à hautes résolutions, il est indispensable de pouvoir utiliser un matériau d'indice optique supérieur ou égale à 1 ,4 et d'épaisseur inférieur à 150 m entre l'objectif et l'échantillon à observer.
Un grand nombre de micro-échangeurs de chaleur ont été développés pour le refroidissement de composants électroniques. Dans ces systèmes, l'accent est mis sur la puissance et la conception de ces systèmes ne vise pas à contrôler de manière rapide et précise la température mais à minimiser cette dernière. En outre, la totalité de ces systèmes de refroidissement ne permettent pas une observation simultanée des échantillons par exemple en lumière transmise.
Des systèmes microfluidiques ont été développés pour contrôler rapidement la température d'échantillons à l'intérieur même des supports. La majorité des solutions proposées utilisent des résistances de chauffe intégrée, généralement pour des applications de biologie moléculaire, et en particulier la PCR (polymérase Chain Reaction en langue anglo saxonne).
Dans le domaine de la biologie cellulaire, certains de ces systèmes utilisent des liquides caloporteurs pour contrôler rapidement la température d'échantillons injectés dans des micro-canaux. Cependant, il est nécessaire d'injecter l'échantillon dans un réseau de microcanaux ce qui peut détériorer les échantillons fragiles, être complexe ou impossible à mettre en œuvre avec les échantillons très visqueux, de type gel ou solide et, de facto, empêche de reproduire les expérimentations selon les protocoles développés à l'aide de porte échantillons statiques de type lame ou lamelle. En outre, ces systèmes interdisent toute étude d'échantillons statiques. Par exemple, lorsque l'on étudie l'évolution d'une population cellulaire en suspension, il est essentiel que les cellules restent immobiles sous l'objectif du microscope. Il est donc impossible d'injecter un fluide caloporteur dans l'échantillon, c'est-à- dire dans le milieu qui contient les particules d'intérêt, pour le réguler thermiquement, au risque de faire bouger les cellules sous l'effet du flux de fluide caloporteur.
Le document US3580658 décrit une lame de microscope avec une cavité reliée à des micro-canaux dans lesquels un gaz réfrigérant est injecté. En utilisation, l'échantillon est déposé sur la lame de microscope ainsi conçue, et une lamelle de verre est déposée au dessus de l'échantillon. La lame est ensuite mise en communication fluidique avec un circuit de gaz réfrigérant et l'opérateur commande la circulation de gaz en fonction des besoins de diminuer la température de l'échantillon. Ce dispositif nécessite la fabrication d'une lame de microscopie spécialement adaptée. Par sa conception en trois couches, cette lame ne peut être adaptée à la microscopie haute résolution standard, qui nécessite généralement une lame d'épaisseur inférieure à 150 pm, épaisseur pour laquelle ledit dispositif serait trop fragile pour être manipulé. En outre, la présence d'une couche de gaz de faible indice optique entre les deux lamelles de verre empêche l'utilisation optimale des objectifs à haute résolution à forte ouverture numérique (1 ,4 NA).
Par ailleurs, le contrôle de la température est peu précis et non homogène du fait des échanges thermiques globalement non contrôlés dans l'ensemble du système et le dispositif ne permet pas de contrôler spatialement la température.
En outre, la manipulation de ce dispositif est envisageable pour des expérimentations ponctuelles, mais pas pour des opérations en routine, nécessitant généralement des lamelles de support de l'échantillon à usage unique, ayant subi un traitement de surface et pouvant avoir été incubé avec l'échantillon longtemps avant l'expérience dans un milieu de composition varié.
En effet, ce dispositif nécessite de démonter la lame de support de l'échantillon à chaque nouvelle analyse. Alternativement, on peut choisir d'éliminer l'échantillon pour laver la lame réfrigérante et y déposer un autre échantillon pour observation. Avec un tel dispositif, le maintien des mêmes conditions physico-chimiques et biologiques d'une expérience à une autre est donc quasiment impossible. En outre, l'utilisation d'un adhésif rend quasi-impossible l'incubation de l'échantillon sur sa lamelle de support auparavant. Ce dispositif est donc peu compatible avec la réalisation d'analyses aux cadences pratiquées dans les laboratoires d'analyses.
En outre, l'utilisation d'un gaz réfrigérant qui a une faible capacité thermique ne permet que de limiter la température de l'échantillon dans sa globalité mais ne permet pas un control suffisamment précis et rapide de la température de l'échantillon pour certaines expériences. Ce dispositif ne répond donc pas à la problématique d'un contrôle dynamique, homogène et précis de l'échantillon observé.
Le document US20060188979 décrit un dispositif microfluidique constitué par une plaque en verre traversée de canaux de circulation d'échantillons liquides. Ces canaux sont disposés au milieu de la plaque en verre, alors que des fils résistifs chauffants sont placés à la surface de la plaque en verre, éventuellement dans des rainures. Les échantillons sont donc chauffés en faisant parcourir un courant dans les fils résistifs. Ce dispositif vise à permettre le contrôle de température d'un échantillon de PCR à l'aide de fils résistifs. Cependant, ce dispositif est d'installation complexe, ne permet qu'un chauffage des échantillons, induit de fort gradient de températures non contrôlé au sein de l'échantillon et est inadapté au contrôle de la température d'échantillons statiques utilisant les protocoles classiques sur lame ou lamelle.
Le document US5508197 décrit un dispositif de PCR permettant de contrôler en température des matrices de micro-puits baignés dans des liquides caloporteurs issus de différents réservoirs maintenus aux températures voulues et contrôlés a l'aide de pompes et de robinets. Cependant, cette installation est complexe, encombrante et inadaptée au contrôle de la température d'échantillons disposés sur des lames de microscope en verre. Elle ne permet pas en outre la génération de gradients de température contrôlés.
Les systèmes précédents ne permettent donc pas la mise en œuvre de protocoles déjà établis concernant les échantillons statiques en assurant un contrôle rapide, précis et spatialement contrôlé.
Ainsi, l'étude d'échantillons statiques nécessite l'utilisation de systèmes différents, comme des puces microfluidiques à plusieurs niveaux de canaux, comprenant des moyens de gestion de flux particulièrement complexe à mettre en œuvre, pour éviter tout mouvement de l'échantillon. Ces systèmes ne sont donc applicables qu'à un nombre restreint d'analyses et exigent d'être mise en œuvre par des utilisateurs hautement spécialisés en micro-fluidique.
C'est pourquoi, à l'heure actuelle, tous les systèmes commerciaux contrôlent la température non pas de l'échantillon mais de son environnement : le microscope dans son ensemble, la platine du microscope, ou encore le support de l'échantillon (la boîte de pétri, la lame).
Cependant, les constantes de temps (vitesse de changement de la température) de ces systèmes lors d'un changement de température sont supérieures à la minute, et l'homogénéité de la température sur l'ensemble de l'échantillon observé est souvent mauvaise en raison des nombreuses pertes thermiques dues à la structure même de ces systèmes.
Pour tenter de remédier à ce problème d'homogénéité, des systèmes utilisant un substrat chauffant sont également proposés. Il s'agit, par exemple, de lames de verre recouvertes d'ITO (oxyde d'indium-étain). Néanmoins les constantes de temps de ces lames restent lentes (de l'ordre de la minute) et ne permettent pas de refroidir l'échantillon en dessous de la température ambiante. En outre, l'homogénéité de la température n'est pas assurée sous les objectifs à immersion. En effet, les objectifs à immersion provoquent une perte thermique locale et dans ces dispositifs, seule la température moyenne de la surface est contrôlée, indépendamment des variations locales de perte thermique.
Outre ces problèmes d'efficacité (amplitude, rapidité et homogénéité de la régulation thermique), les coûts des fournitures et appareils de mesure constituent un poste important dans la gestion des laboratoires de recherche et d'analyse.
Il est donc essentiel de prendre en compte ces paramètres et de proposer des appareils les plus économiques possibles sans, bien entendu, sacrifier leur qualité. Au contraire, l'évolution des connaissances étant, les appareils et les fournitures doivent être de plus en plus précis et performants pour répondre aux exigences de qualité et de reproductibilité des protocoles de mesure. Un objectif de l'invention vise à proposer un dispositif microfluidique polyvalent, peu encombrant, garantissant l'intégrité de l'échantillon et du matériel connexe, permettant une régulation thermique rapide, précise et spatialement contrôlée d'un échantillon, y compris d'un échantillon statique.
Par polyvalent, on comprend que l'invention vise à proposer un dispositif pouvant être utilisé dans de nombreuses applications, selon différents protocoles, y compris des protocoles existants, et avec différentes exigences. Un aspect important de la présente invention est de permettre l'étude d'échantillons statiques ou dynamiques avec le même matériel.
En outre, le dispositif doit être facile à mettre en œuvre, pour limiter les coûts de fonctionnements induits par une infrastructure lourde et un personnel très spécialisé.
La présente invention vise donc à proposer un dispositif permettant une régulation rapide, spatialement contrôlée et reproductible de la température d'un échantillon visqueux (de type gels), solides, ou liquide, utilisable en routine avec des protocoles d'observation standard, selon une cadence rapide et dans des conditions économiques satisfaisantes, avec une fiabilité améliorée et permettant une logistique fiable au sein d'un laboratoire.
L'invention propose d'utiliser une puce microfluidique asymétrique par rapport à un réseau de micro-canaux de circulation d'un fluide caloporteur, et comprenant d'un côté du réseau de micro-canaux une couche n'absorbant pas de chaleur et de l'autre côté du réseau une couche conduisant la chaleur, cette dernière couche étant destinée à être mise en contact avec l'échantillon. L'invention, en régulant la température du fluide caloporteur en amont de l'échantillon, permet de réguler la température de l'échantillon en respectant les protocoles usuels des utilisateurs.
A cette fin, l'invention a pour objet un support de puce microfluidique selon la revendication 1 .
D'autres modes de réalisation sont prévus aux revendications L'invention se rapporte également à un système de régulation selon la revendication 9.
D'autres modes de réalisation sont prévus aux revendications
10 à 22.
D'autres caractéristiques de l'invention seront énoncées dans la description détaillée ci-après, faite en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement :
la figure 1 , une vue schématique en coupe transversale d'un exemple d'une puce microfluidique pour la mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 2, une vue schématique en coupe longitudinale de la puce microfluidique de la figure 1 , munie d'une entrée et d'une sortie de fluide dans le prolongement des micro-canaux ;
la figure 3, une vue schématique en coupe longitudinale d'une puce microfluidique pour la mise en œuvre de l'invention munie d'une entrée et d'une sortie de fluide perpendiculaire aux micro-canaux ;
la figure 4, une vue schématique en perspective d'un exemple de réalisation de la puce microfluidique de la figure 3 ;
la figure 5, une vue schématique en coupe d'un premier exemple de système de régulation thermique selon l'invention ;
- la figure 6, une vue schématique en plan d'un exemple d'une puce microfluidique pour la mise en œuvre de l'invention comprenant une zone de régulation thermique d'un fluide caloporteur et une zone de régulation thermique d'un échantillon ;
la figure 7, une vue schématique en coupe d'un deuxième exemple de système de régulation thermique selon l'invention pour la mise en œuvre de la puce de la figure 6 ;
la figure 8, une vue schématique en coupe d'un troisième exemple de système de régulation thermique selon l'invention ;
la figure 9, une vue schématique en coupe d'un quatrième exemple de système de régulation thermique selon l'invention ; la figure 10, un diagramme illustrant la variation de température d'un échantillon grâce à un système de régulation thermique selon l'invention ;
la figure 11 , une vue schématique en plan d'un exemple d'une puce microfluidique pour la mise en uvre de l'invention comprenant une zone de régulation thermique d'un fluide caloporteur, une zone de régulation thermique d'un échantillon et un échangeur de chaleur ;
la figure 12, une vue schématique en coupe d'un cinquième exemple de système de régulation thermique selon l'invention, permettant la mise en oeuvre de la puce de la figure 11 ;
la figure 13, une vue schématique en plan d'un sixième exemple de système de régulation thermique selon l'invention ;
la figure 14, une vue schématique en plan d'un septième exemple de système de régulation thermique selon l'invention ;
la figure 15, une vue schématique en plan d'un huitième exemple de système de régulation thermique selon l'invention ;
la figure 16, une vue schématique en plan d'un neuvième exemple de système de régulation thermique selon l'invention ;
la figure 17, une vue schématique en perspective d'un exemple d'une puce microfluidique pour la mise en œuvre de l'invention, permettant une électrophorèse capillaire ; et
la figure 18, une vue schématique en plan d'un exemple d'une puce microfluidique pour la mise en œuvre de l'invention comprenant un moyen de mesure de la température d'un échantillon.
D'une manière générale, l'invention propose un système de régulation thermique d'un échantillon, comprenant au moins un réseau de micro-canaux de circulation d'un fluide caloporteur, et comprenant d'un côté du réseau de micro-canaux une couche présentant soit une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K"1.cm"2, soit une conductivité thermique, à 20°C, inférieure ou égale à 0,5 W.m"1.K"1 si elle présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C supérieure ou égale à 0,3 J.K" .cm"2 et, de l'autre côté du réseau, une couche présentant une conductivité thermique, à 20°C, supérieure à 0,5 W.m"1.K"1 et d'épaisseur comprise entre 10 pm et 200 μηη. Cette dernière couche est destinée à être mise en contact avec l'échantillon.
On entend par « réseau de micro-canaux », une pluralité de micro-canaux permettant une distribution simultanée de liquide caloporteur. Avantageusement, ces canaux sont parallèles. Chaque micro-canal peut être délimité par des parois continues ou par des parois discontinues. Dans ce dernier cas, le réseau de micro-canaux est formé par une cavité comprenant des piliers constituant les parois discontinues des micro-canaux qui communiquent entre eux.
Le système comprend, en outre, un système de mise en circulation d'un liquide caloporteur et au moins un moyen de régulation thermique du liquide caloporteur.
Avantageusement, le ou les réseau(x) de micro-canaux, la couche portant le ou les réseau(x) de micro-canaux, et la couche conduisant la chaleur sont localisés sur une puce de régulation thermique indépendante du système de mise en circulation du liquide caloporteur et du moyen de régulation thermique du liquide caloporteur
On entend par capacité thermique par unité de surface la quantité d'énergie nécessaire pour élever la puce d'une température donnée (1 degré Kelvin), sur toute sa hauteur, pour une unité de surface (le cm2) de la puce.
· La capacité thermique par unité de surface de la couche portant le réseau de micro-canaux est calculée selon la formule Cs= p.C.e où C est la capacité calorifique du matériau à 20°C mesurée selon la norme DIN EN 821-3 et p est la densité du matériau à 20°C mesurée selon la norme EN 623-2.
La conductivité thermique est calculée suivant la formule : λ = pCD Où :
• D est la diffusivité thermique du matériau à 20°C mesurée selon la norme DIN EN 821-2,
• C est la capacité calorifique du matériau à 20°C mesurée selon la norme DIN EN 821 -3,
• p est la densité du matériau à 20°C mesurée selon la norme EN 623-2.
De préférence, cette puce est fixée de manière réversible (par exemple par un coincement en force) sur un support.
La figure 1 représente une puce microfluidique 100 disposée sur une couche 200, telle qu'une lamelle de verre, recouvrant un échantillon A posé sur une lame de verre de microscopie 1.
La puce 100 comprend une couche 1 10 de matériau d'une épaisseur E présentant soit une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K"1.cm"2, soit une conductivité thermique, à 20°C, inférieure ou égale à 0,5 W.m"1.K"1 si elle présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C supérieure ou égale à 0,3 J.K"1.cm"2.
Avantageusement, la couche 1 10 portant les micro-canaux est choisie pour présenter une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K' cm"2. Grâce à cette sélection de propriété thermique, la couche peut avoir une épaisseur inférieure ou égale à 1 millimètre pour constituer une puce dite « mince ».
De telles propriétés thermiques permettent de réduire l'épaisseur de la couche portant les micro-canaux à une épaisseur inférieure à 1 millimètre, ce qui améliore sensiblement la vitesse de régulation thermique de l'échantillon par le liquide caloporteur. La constante de temps et l'homogénéité de la régulation sont améliorées, de sorte qu'il est possible d'obtenir une régulation de température rapide et spatialement contrôlée d'un échantillon, sans interférer mécaniquement avec l'échantillon.
Alternativement, la couche 1 10 portant les micro-canaux est choisie pour présenter une capacité thermique par unité de surface, à 20°C supérieure ou égale à 0,3 J.K"1.cm"2. Dans ce cas, la couche doit présenter, selon l'invention, une conductivité thermique, à 20°C, inférieure ou égale à 0,5 W.m"1.K"1. Grâce à cette combinaison de propriétés thermiques, la couche peut présenter une épaisseur supérieure à 1 millimètre pour constituer une puce dite « épaisse », tout en ayant amélioré, par rapport à l'état de la technique, la vitesse de régulation thermique de l'échantillon par le liquide caloporteur (la constante de temps) et le contrôle spatial de la température, sans interférer mécaniquement avec l'échantillon.
La couche 1 10 présente une face 1 1 1 sur laquelle est disposé au moins un réseau de micro-canaux 120.
Cette puce microfluidique est fonctionnellement asymétrique puisque, en utilisation, la couche portant les micro-canaux :
• soit absorbe très peu de la chaleur du liquide caloporteur (lorsque la couche présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K" .cm"2),
· soit transmet très peu de chaleur (lorsque la couche présente une conductivité thermique, à 20°C, inférieure ou égale à 0,5 W.m"1.K"1 si elle présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C supérieure ou égale à 0,3 J.K"1.cm"2).
la couche portant les micro-canaux est destinée à être mise en contact avec une couche de transmission thermique qui sépare mécaniquement l'échantillon du liquide caloporteur. Cette couche de transmission thermique présente une conductivité thermique, à 20°C, supérieure à 0,5 W.m"1.K"1 et d'épaisseur comprise entre 10 pm et 200 pm.
La puce et la couche de transmission thermique peuvent, en outre, être constituées de matériaux transparents dans la gamme de longueur d'onde du visible.
Cette puce microfluidique est optimale pour une régulation rapide, précise et spatialement contrôlée de la température d'un échantillon positionné au contact de la couche conductrice puisque : (i) la faible capacité thermique de la couche portant les micro-canaux permet de supprimer rapidement les pertes de chaleur au sein du fluide caloporteur ; (ii) la forte conductivité thermique de la couche conductrice permet de transférer rapidement la chaleur entre le fluide caloporteur et l'échantillon à thermaliser et de maintenir une température stable quel que soit les conditions de pertes thermiques liées à l'échantillon; (iii) la distance thermique entre l'échantillon et le fluide caloporteur est limitée au sein de la zone de régulation thermique ce qui permet d'assurer un contrôle spatial précis.
Chaque micro-canal 120 présente une largeur d inférieure ou égale à 5 mm et supérieur ou égale à 10 m et une hauteur h inférieure ou égale à 500 pm et supérieur ou égale à 10 pm.
Une largeur d maximum de 5 mm permet de limiter la déformation de la lame conductrice de chaleur. Une largeur d minimum de 10 pm permet d'éviter que la pression d'injection dans la puce nécessaire à la circulation du liquide caloporteur ne rompe la puce.
Chaque micro-canal 120 présente une hauteur h inférieure ou égale à 500 pm et supérieure ou égale à 10 pm.
La hauteur h maximum permet d'obtenir un transfert suffisant de chaleur par convection forcée, donc pour que la température du liquide caloporteur soit efficacement transmise à la couche conductrice de chaleur. Une hauteur h des canaux supérieure ou égale à 10 pm, permet d'éviter que la pression d'injection dans la puce nécessaire à la circulation du liquide caloporteur ne rompe la puce.
Avantageusement, la hauteur h des micro-canaux est choisie supérieure ou égale à leur largeur d. Ceci permet de faire circuler le liquide caloporteur avec un débit pouvant être important, sans risquer une déformation de la couche 200 et d'altérer la qualité optique de la puce microfluidique 100. Autrement dit, une hauteur h des canaux supérieure ou égale à leur largeur d permet une pression d'injection optimale.
La conformation en réseau de micro-canaux permet de limiter la pression d'injection du fluide caloporteur, tout en optimisant la rapidité et le contrôle spatial de la régulation de température. La largeur 1 des piliers ou la distance 1 entre deux microcanaux est supérieure au vingtième de la largeur d des micro-canaux. Cela permet d'éviter, en utilisation, que la pression nécessaire d'injection ne détruise la puce.
La largeur 1 des piliers ou la distance 1 entre deux microcanaux est avantageusement inférieure ou égale à deux fois l'épaisseur de la couche 200 conductrice de chaleur (voir ci-après) pour obtenir un bon contrôle spatial de la température.
Les micro-canaux sont destinés à conduire un liquide caloporteur 2 lors de l'utilisation de la puce microfluidique 100.
La face 111 de la couche 110 portant les micro-canaux 120 est destinée à être mise en contact avec une couche 200 recouvrant l'échantillon A.
Cette mise en contact peut être faite au moment de l'utilisation. Par exemple, la puce 100 est disposée de façon réversible sur un ensemble couche 200/échantillon A/ lame de verre 1 , préalablement préparé selon un protocole bien connu en soi, de sorte que la couche 200 est en contact avec les micro-canaux 120 de la puce 100. Cette puce est donc compatible avec des techniques de microscopie classique ou tout autre système de caractérisation de l'échantillon.
Dans ce cas, la puce peut être appliquée puis désolidarisée successivement de la couche 200 recouvrant l'échantillon A tout en évitant de le détériorer mécaniquement ou chimiquement puisqu'il est protégé par la couche 200 qui reste sur l'échantillon lorsque la couche 110 est retirée.
Ce montage permet une étude en routine rapide, selon une cadence élevée de plusieurs échantillons préparés selon un même protocole, et sans destruction ultérieure de l'échantillon. Des observations peuvent donc être facilement répétées dans les mêmes conditions expérimentales.
Alternativement, la couche 200 peut faire partie intégrante de la puce 100, c'est-à-dire qu'elle est fixée, au cours de la fabrication de la puce, de façon non réversible sur la puce 100 en contact avec les micro-canaux 120. Ensuite, c'est cet ensemble couche 1 10/couche 200 qui est appliqué sur l'échantillon A préalablement déposé sur une lamelle de microscopie, ou tout autre substrat.
Dans ce cas, l'ensemble couche 1 10/couche 200 peut être appliqué puis retiré successivement des échantillons tout en évitant que la régulation thermique les détériore mécaniquement ou chimiquement, la séparation physique avec le liquide caloporteur évitant une réaction chimique avec l'échantillon, une dilution, une dispersion ou une destruction mécanique de l'échantillon. Néanmoins, une conservation ultérieure de l'échantillon est délicate puisqu'il est remis à l'air libre, simplement déposé sur son substrat 1. Ce mode de réalisation de la puce devrait donc être réservé à des expérimentations dans lesquelles l'échantillon n'a pas besoin d'être conservé.
La couche 200 est conductrice de chaleur. Elle présente une épaisseur e supérieure à 10 pm et inférieure ou égale à 200 pm.
Une épaisseur e supérieure à 10 pm évite que la lame ne soit déformée ou détruite par la pression du liquide caloporteur.
Une épaisseur e inférieure à 200 μητι permet une grande polyvalence de la puce. En effet, à constante de temps égale avec d'autres dispositifs connus de l'état de la technique (environ 1 minute), la puce permet une régulation thermique d'un échantillon allant jusqu'à 1 mm d'épaisseur. En outre, à épaisseur d'échantillon égale à celle des échantillons classiques de l'état de la technique (environ 100 pm entre lame et lamelle), la puce permet une régulation thermique de l'échantillon rapide et contrôlée spatialement. Ainsi, par exemple, pour une température ambiante de 23°C, une température initiale de l'échantillon de 23°C, et une température de consigne de l'échantillon de 3°C, la puce permet une régulation thermique homogène de l'échantillon en 10 secondes alors qu'avec un dispositif de l'état de la technique , par exemple avec le système de contrôle de température thermoélectrique de précision Linkam LTS 120, la régulation thermique de l'échantillon nécessite un temps supérieur ou égal à 40 secondes pour que cet échantillon atteigne la température de consigne et soit homogène thermiquement, en outre, ce système Linkam LTS 120 n'est pas compatible avec la microscopie haute résolution utilisant un objectif à huile.
La couche 200 présente une conductivité thermique, à 20°C, supérieure à 0,5 W.m"1.K"1. Lorsqu'elle est en contact avec la face 1 1 portant le réseau de micro-canaux 120, cette couche ferme les micro-canaux. En utilisation, lorsque du liquide caloporteur circule dans les micro-canaux 120, la couche 200 conduit la chaleur (positive ou négative) et la transmet à l'échantillon A.
Avantageusement, la largeur 1 des piliers ou la distance 1 entre deux micro-canaux est choisie inférieure ou égale à deux fois l'épaisseur e de la couche 200 entre l'échantillon et le liquide caloporteur, ce qui permet de conserver une bonne homogénéité et un bon contrôle spatial de la température sur la surface de la couche 200 en contact avec l'échantillon.
De préférence, la distance 1 est sensiblement égale à l'épaisseur de la couche 200 conductrice de chaleur, ce qui optimise le bon contrôle spatial de la température.
La face 1 11 de la couche 110 portant les micro-canaux 120 est avantageusement adaptée pour être mise en contact étanche avec une couche 200 recouvrant l'échantillon A. Par exemple, la couche 1 10 portant les micro-canaux est en polydiméthylsiloxane (PDMS), et la couche 200 conductrice de chaleur est en verre.
Alternativement, il est possible de prévoir un joint pour assurer l'étanchéité entre la couche 1 10 et la couche 200. Ce joint peut être constitué par une colle entre les deux couches.
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, les micro-canaux 120 sont séparés par des parois continues 121 d'épaisseur inférieure ou égale à 400 μηα.
Dans un mode de réalisation alternatif non illustré, les microcanaux peuvent être constitués par une cavité de hauteur inférieure ou égale à 500 μηι, munie d'un réseau de piliers de diamètre inférieur ou égale à 400 μητι, de préférence inférieur ou égale à 200 μηη, et espacés d'une distance inférieure ou égale à 5 mm.
L'utilisation de canaux ou de piliers soutenant une cavité évite une déformation de la membrane de conduction thermique 200 sous l'action de la pression nécessaire à la circulation du liquide caloporteur sur la membrane de conduction thermique 200.
Avantageusement, les micro-canaux sont parallèles pour assurer une bonne homogénéité du transfert de chaleur entre le liquide caloporteur et l'échantillon via la couche conductrice de chaleur 200, tout en présentant une constante de temps optimale et en réduisant la pression nécessaire à la circulation du fluide caloporteur.
Alternativement ou en combinaison, la puce peut intégrer des structurations d'au moins une face interne des micro-canaux pour uniformiser la température dans le liquide caloporteur 2.
La figure 2 est une coupe longitudinale de la puce 100 de la figure 1. Cette figure 2 montre un exemple de réalisation où chaque microcanal 120 s'étend tout le long de la puce 100.
On entend par « surface des micro-canaux », la surface égale à la distance d+ 1 couverte par chaque micro-canal multiplié par le nombre et la longueur de chaque micro-canal.
La partie de la surface des micro-canaux en regard de l'échantillon est appelée « zone de régulation thermique de l'échantillon ».
Dans la figure 2, la zone de régulation thermique Z\ de l'échantillon s'étend tout le long de la puce 100.
Dans la figure 2, chaque micro-canal 120 présente, dans son prolongement, une entrée 122 et une sortie 123 pour la circulation du fluide caloporteur 2. L'entrée 122 et la sortie 123 sont disposées sur les faces latérales 1 12 de la couche 1 10.
Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de réalisation alternatif d'une puce 101 , dans lequel l'entrée 122 et la sortie 123 sont disposées sur la face supérieure 1 13 de la couche 1 10, c'est-à-dire la face opposée à la face portant les micro-canaux 120. Dans cet exemple, l'entrée 122 et la sortie 123 sont reliées au micro-canal 120 par des canalisations 124.
Avantageusement, les entrées 122 et sorties 123 des microcanaux convergent vers une entrée et une sortie uniques, préférentiellement équipées chacune d'un moyen de connexion fluidique à un circuit fluidique.
La figure 4 illustre un exemple de réalisation particulier, dans lequel la puce 101 présente une couche 110 portant les micro-canaux fixée à une couche 200 de transfert thermique telle que décrite aux figures 1 à 3.
Les couches 1 10 et 200 de part et d'autre du réseau de micro- canaux doivent être transparentes aux signaux (ou rayonnements) émis et/ou reçus par le dispositif d'observation 1000 de l'échantillon.
Par exemple, lorsque le dispositif d'observation 1000 de l'échantillon est un microscope à lumière visible, les couches 1 10 et 200 doivent être transparentes aux longueurs d'ondes de la lumière visible par l'homme.
De même, l'indice de réfraction optique du liquide caloporteur pourra être ajusté avec celui des couches 1 10 pour rendre les canaux ou les piliers invisibles aux longueurs d'ondes utilisées et permettre une observation précise de l'échantillon.
Avantageusement, le liquide caloporteur présente une densité optique égale à la densité optique du capot microfluidique, ce qui permet d'éviter de voir le réseau microfluidique lorsque l'on est en observation microscopique.
La figure 5 illustre un support 300 de régulation thermique d'un échantillon comprenant un moyen de maintien 301 d'une puce microfluidique 101 , illustrée en figure 3, en relation avec un moyen de régulation thermique 400 d'un fluide 2 destiné à s'écouler dans les microcanaux de la puce.
La puce est « maintenue en relation » avec le moyen de régulation thermique 400 lorsque le positionnement et le maintien de la puce dans le support permettent un écoulement dans les micro-canaux de la puce du fluide régulé thermiquement par le moyen de régulation thermique.
Le support 300 comprend une zone de régulation thermique Z2 du fluide caloporteur 2 comportant au moins une conduite 302 du liquide caloporteur, destinée à être mise en relation thermique avec le moyen de régulation thermique 400. A cette fin, la conduite est conçue pour favoriser le transfert thermique entre le moyen de régulation thermique 400 et le fluide 2. Par exemple, la conduite 302 peut être en métal, tel que du cuivre ou de l'aluminium.
La conduite peut être disposée sur la face du support, directement en contact avec le moyen de régulation thermique 400. Alternativement, la conduite 302 peut être intégrée dans le support. Dans ce cas, le transfert thermique entre l'élément de régulation thermique et le liquide caloporteur se fait alors au travers de la partie du support située entre la conduite 302 et le moyen de régulation thermique.
Le moyen de régulation thermique 400 du liquide caloporteur présente, de préférence, une puissance calorifique d'au moins 0,8 W par cm2 de surface des micro-canaux
Avantageusement, le moyen de régulation thermique 400 est un module thermoélectrique (tel qu'un module Peltier) permettant de réchauffer ou de refroidir le liquide caloporteur. Comme il sera expliqué plus tard, le moyen de régulation thermique 400 peut comprendre plusieurs unités comme, par exemple, plusieurs modules thermoélectriques.
La conduite 302 est reliée au réseau de micro-canaux de la puce microfluidique 101 par un moyen de connexion fluidique 125.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, le support comprend également une canalisation de transport 303 du liquide caloporteur 2 depuis la conduite 302 jusqu'au moyen de connexion fluidique 125.
Cette canalisation de transport 303 présente, de préférence, une longueur inférieure à une longueur typique de 10 cm par cm2 de surface de micro-canaux. Ceci a pour fonction de limiter les déperditions de chaleur (positive ou négative) et de permettre un transport rapide du liquide régulé thermiquement vers les micro-canaux 120 en vue de la régulation thermique de l'échantillon A.
D'une manière générale, lorsque la ou les canalisation(s) est (sont) agencées en dehors de la puce et incorporée(s) dans le support 300, ladite au moins une canalisation de transport du liquide caloporteur présente avantageusement une longueur telle que la capacité thermique de l'ensemble canalisation/ plus dispositif reste inférieure à 0,5 J/K par cm2 de surface de micro-canaux.
La capacité thermique de l'ensemble canalisation(s) plus couche portant le ou les réseau(x) de micro-canaux est calculée suivant la formule C = Ci.V1+C2.V2
Où :
• Ci est la capacité calorifique, à 20°C, du matériau de la couche,
· Vi est le volume de la couche,
• C2 est la capacité calorifique, à 20°C, du matériau de la ou des canalisation(s),
• V2 est le volume de la ou des canalisation(s).
Le support 300 est mis en communication fluidique avec un système de gestion du liquide caloporteur 500 comprenant un réservoir 510 de liquide caloporteur et un moyen de mise en circulation 520 d'un liquide caloporteur. Le réservoir peut être constitué par une cuve 510 et/ou par une longueur suffisante de tubulure 511.
Le moyen de mise en circulation 520 du liquide caloporteur est, de préférence, apte à générer un débit de liquide caloporteur d'au moins 0,3 ml par minute et par cm2 de surface des micro-canaux afin d'assurer une circulation rapide du liquide et une régulation thermique rapide et précise de l'échantillon.
Les moyens de mise en circulation d'un liquide caloporteur 520 et de régulation thermique 400 du fluide sont pilotés à l'aide d'un système de contrôle électronique/informatique (non représenté). Ce système de contrôle comprend une unité central de traitement de données reliée à une ou plusieurs sondes thermiques placées en amont et/ou en aval de la puce microfluidique de manière à pouvoir quantifier les pertes thermiques entre l'échantillon et le milieu extérieur et ainsi corriger les consignes des moyens de génération de flux et/ou de thermalisation.
Lorsque la puce 100, le support 300 et le système 500 sont en communication fluidique, un circuit fluidique est créé. Ce circuit fluidique comprend le réservoir 510, les tubulures 511 , la ou les conduites 302, la ou les canalisations 303, les micro-canaux 120, et la sortie de fluide 123 hors des micro-canaux. Avantageusement, cette sortie 123 est reliée au réservoir 510 pour une recirculation du fluide caloporteur. Le fluide ayant traversé la puce microfluidique est ainsi réinjecté en amont du moyen de régulation thermique du liquide caloporteur. Ce mode de réalisation permet de limiter la quantité de liquide caloporteur total nécessaire à un fonctionnement long du système de thermalisation.
Le liquide caloporteur est mis en circulation dans le circuit fluidique selon le sens de la flèche F1. Autrement dit, le liquide passe d'abord par la zone de régulation thermique Z2 du liquide caloporteur, avant de circuler dans la zone de régulation thermique Zi des micro-canaux 120.
Dans le mode de réalisation de la figure 6, c'est la puce microfluidique elle-même qui comprend la zone de régulation thermique Z2 du fluide caloporteur. Cette zone Z2 comprend un réseau de conduites 130 du liquide caloporteur, destinées à être mises en relation thermique avec un moyen de régulation thermique (non représenté sur cette figure 6).
Le réseau de conduites 130 est relié de manière fluidique au réseau de micro-canaux 120 par un réseau de canalisations 140.
Ce mode de réalisation d'une puce permet une miniaturisation du système de régulation thermique.
En outre, à chaque fois que l'on change la puce, on change également la zone de thermalisation du liquide caloporteur, ce qui évite un encrassement des zones de régulation thermique et assure une efficacité constante de la régulation thermique du liquide et de l'échantillon.
Dans ce cas, lorsque la puce intègre une zone Z2 de régulation thermique du fluide caloporteur, soit la couche 1 10 portant le réseau de micro-canaux présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K-1.cm-2 et une conductivité thermique, à 20°C, supérieur ou égale à 0,5 W.m-1.K-1 , auquel cas il est possible de réguler thermiquement le liquide suffisamment efficacement en mettant le moyen de régulation thermique 400 au regard de la zone Z2 du coté de la couche 1 10, soit cette couche 1 10 présente une conductivité thermique, à 20°C, inférieure ou égale à 0,5 W.m-1.K-1 (par exemple si elle est en PDMS), et la régulation thermique du liquide caloporteur doit alors se faire en regard de la zone Z2, mais à travers la couche conductrice de chaleur 200. Ce mode de réalisation est illustré en figure 7.
La longueur de la zone de régulation thermique Z2 du liquide caloporteur est égale ou supérieur à la longueur des micro-canaux utilisée pour réguler thermiquement l'échantillon.
La figure 7 illustre un système de régulation thermique d'un échantillon A utilisant la puce illustrée en figure 6. Dans ce système, le moyen de régulation thermique 400 du fluide caloporteur est disposé en regard de la zone Z2 et l'échantillon est disposé en regard de la zone Zi . Les zones Z2 et Zi sont reliées par les canalisations 140.
Dans le mode de réalisation de la figure 8 d'un système de régulation thermique selon l'invention, l'échantillon est déposé sur la puce de manière à pouvoir l'observer avec un microscope droit, tout en contrôlant rapidement et précisément sa température. La couche 200 permettant de réguler thermiquement l'échantillon est donc orientée vers le haut.
Le support 300 de la puce 100 contient, de préférence, des moyens de fixation réversible permettant le positionnement, le maintien et de serrage de la puce dans le support, et de l'échantillon au contact de la puce. Dans cet exemple, le système comporte un moyen de mise en circulation 520 d'un liquide caloporteur, un moyen de régulation thermique 400 à température fixée et un réservoir de liquide caloporteur à température ambiante.
Les moyens de mise en circulation 520 d'un liquide caloporteur et de régulation thermique 400 du fluide sont pilotés à l'aide d'un système de contrôle électronique/informatique associé à une ou plusieurs sondes thermiques (non représentés).
Ce système permet de faire varier de manière spatialement contrôlée la température de l'échantillon entre la température du moyen de régulation thermique 400 et la température ambiante, simplement en changeant la direction d'écoulement du liquide caloporteur dans le système à l'aide du moyen de mise en circulation d'un liquide caloporteur 520. Ce dernier peut être, par exemple, un pousse seringue, une pompe pneumatique ou une pompe hydraulique.
Selon un exemple de réalisation, la puce 100 est constituée d'une lame de verre 1 10 de 300 pm d'épaisseur, dans laquelle sont gravés les micro-canaux 120, qui est collée sur une lamelle de verre 200 de 100 pm d'épaisseur. La zone de régulation thermique Zi est composée d'une série de canaux parallèles de 50 pm de hauteur, de 50 pm de largeur, et distants de 50 pm. L'ensemble couvre une surface de régulation thermique de 1 cm2.
Le support 300 de puce 100 comprend un châssis métallique sur lequel est fixé un ensemble conduites 302/module Peltier 400/radiateur 401 , agencé de manière à ce que les conduites 302 ne soit pas en contact thermique avec le châssis. Les conduites 302 sont reliées aux micro-canaux de la puce par une canalisation 303 en cuivre de 1 mm de diamètre extérieur et 0,5 mm de diamètre intérieur à travers un joint en caoutchouc directement en contact avec la puce. La canalisation 303 n'est pas en contact avec le châssis. La puce est maintenue dans le support puce par un capot vissé sur le support qui applique une pression contrôlé sur la puce à travers un joint en caoutchouc. Le moyen de mise en circulation 520 permet d'injecter de l'eau dans le circuit à un débit de 50 μΙ/s, dans un sens ou dans l'autre.
La puce, le support et le système selon l'invention évitent que le microscope ne trouble la régulation thermique de l'échantillon. En effet, la régulation thermique selon l'invention se fait à une distance très faible de l'échantillon par rapport à la distance séparant le microscope et l'échantillon. Ceci est d'autant plus vrai lors de l'utilisation d'un microscope à immersion, alors que la goutte d'huile fait un pont thermique avec les systèmes de régulation thermique de l'art antérieur, générant un point chaud non maîtrisable et dangereux pour l'échantillon. Ce phénomène est totalement absent dans la présente invention, ce qui permet une régulation thermique rapide et spatialement contrôlée de l'échantillon.
De la même manière, les propriétés thermiques (capacité thermique et conductivité thermique) et structurelles (épaisseur) de la couche 110 portant les micro-canaux sont telles, par rapport à l'épaisseur de la couche 200, que les déperditions de chaleur à travers la couche 110 soient faibles et/ou lentes, et ne perturbent pas la précision et la vitesse de la régulation thermique de l'échantillon.
Dans le mode de réalisation de la figure 9 d'un système de régulation thermique selon l'invention, l'échantillon est déposé sur la puce de manière à pouvoir l'observer avec un microscope inversé, configuration typiquement utilisée lors des observations en microscopie à haute résolution (épifluorescence, confocal, TIRF, etc.). Dans ce cas, la couche de conduction thermique 200 de la puce est orientée vers le bas.
L'échantillon peut être enfermé entre la couche 200 et une lame de microscopie classique.
La figure 9 illustre un support d'échantillon particulièrement avantageux pour l'étude statique d'échantillons liquide fragiles.
Ce support 600 d'échantillon présente une couche de dépôt de l'échantillon. Avantageusement, cette couche 601 présente une conductivité thermique, à 20°C, inférieure à 2 W.m"1.K"1 et une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm.
Un rebord périphérique 602 est disposé sur la couche 601 , ménageant une cavité étanche de stockage de l'échantillon entre la couche de dépôt 601 et la couche conductrice de chaleur 200 de la puce. Avantageusement, le rebord présente une hauteur inférieure ou égale à 1 mm.
De cette manière, la distance entre les micro-canaux de la puce et l'échantillon (cette distance étant égale à l'épaisseur de la couche 200) est suffisamment inférieure à la distance séparant l'échantillon de l'objectif du microscope (cette distance étant supérieure à l'épaisseur de la couche 601 ) pour que la chaleur dégagée par le microscope ne perturbe pas l'intensité et l'homogénéité de la régulation thermique de l'échantillon.
Un exemple de réalisation est décrit ci-après. La puce comprend une lamelle 200 de verre de 100 pm d'épaisseur sur laquelle est collé un bloc de PDMS de 5 mm d'épaisseur dans lequel est moulé une cavité où circule le liquide caloporteur. La zone de régulation thermique est composée d'une cavité de 1 cm2 et de 50 pm de haut, soutenue par un réseau de piliers de 50 pm de diamètre, espacés de 100 pm.
La capacité thermique par unité de surface, à 20°C d'un bloc de PDMS de 5 mm d'épaisseur est égale à 0,75 J.K"1.cm"2, donc supérieure à 0,3 J.K"1.cm"2. Cependant, sa conductivité thermique, à 20°C, est égale à 0, 15 W.m" .K"1, donc inférieure à 0,5 W.m" .K"1.
Le support de la puce et le système de régulation thermique sont semblables fonctionnellement à ceux qui ont été décrit à la figure 8.
Un échantillon liquide est déposé dans un support 600 d'échantillon composé d'une lamelle 601 en verre ou en plastique moulée de 100 pm d'épaisseur, de manière à former un rebord périphérique de 10 pm de profondeur ménageant une cavité pour recevoir l'échantillon.
Le graphique de la figure 10 montre l'efficacité de la régulation thermique obtenue avec un système de régulation thermique semblable à celui de la figure 9. Ce graphique montre qu'un tel système permet de changer la température d'un échantillon en moins de 10 secondes et d'obtenir une précision en température inférieure à 0,5°C. Ces constantes de temps sont très inférieures à celles (environ une minute) qui sont obtenues avec les systèmes de l'état de la technique. En outre, l'invention permet d'obtenir une température spatialement contrôlée de l'échantillon.
La figure 1 1 illustre une puce de régulation thermique semblable à celle décrite à la figure 6, et comprenant, en outre, un échangeur de chaleur 700 entre le liquide susceptible d'entrer dans le réseau de micro- canaux et le liquide susceptible de sortir du réseau de micro-canaux.
Grâce à l'échangeur de chaleur 700, la température du liquide sortant du réseau de micro-canaux de la puce est transférée au liquide entrant dans le réseau de micro-canaux de la puce. Cette structure permet de limiter la puissance nécessaire au fonctionnement du système et évite de faire circuler le liquide régulé thermiquement dans le moyen de mise en circulation 520 du liquide. Cette structure permet donc d'utiliser une pompe de circulation sans que la température du liquide pompé sorte des tolérances de la pompe
L'échangeur de chaleur peut être intégré dans le support de la puce.
Avantageusement, l'échangeur de chaleur est réalisé dans la puce elle-même, sous forme de deux micro-canaux parallèles, d'une longueur supérieure à 5 cm, encerclant le réseau de micro-canaux de régulation thermique de l'échantillon et, éventuellement, le réseau de thermalisation du liquide caloporteur, s'il est intégré dans la puce (ce qui est le cas dans l'exemple de la figure 1 1 ). Ceci permet de limiter la diffusion de la chaleur des zones de thermalisation vers la périphérie de la puce, limitant ainsi les pertes énergétiques. Cette structure permet également d'augmenter l'homogénéité de la température dans les zones de régulation thermique. Enfin, lorsque la puce est éliminée, l'échangeur et les zones de régulation thermiques le sont également, ce qui évite l'encrassement de ces différentes structures et un entretien coûteux du système. Un exemple de réalisation est décrit ci-après. La puce 100 est constituée d'une lame de verre 1 10 de 300 pm d'épaisseur, dans laquelle sont gravés les micro-canaux 120, qui est collée sur une lamelle de verre 200 de 100 pm d'épaisseur. La zone de régulation thermique Z\ est composée d'une série de micro-canaux 120 parallèles de 50 pm d'épaisseur, de 50 pm de largeur, et distants de 50 pm. L'ensemble couvre une surface de régulation thermique de 1 cm2.
La capacité thermique par unité de surface, à 20°C est inférieure à 0,3 J.K"1.cm"2 : 0.063 J.K"1.cm'2
Cette puce comprend également un réseau fluidique comportant une entrée 122 et une sortie 123 de liquide entre lesquelles sont insérés, dans le sens de circulation du fluide :
i) un échangeur de chaleur 700 entre le liquide sortant et le liquide entrant, composé de deux canaux parallèles en spirale, de 200 pm de large, 50 pm d'épaisseur et 15 cm de long, l'un faisant circuler le liquide entrant dans un sens et l'autre faisant circuler le liquide sortant dans le sens opposé. Plus ces deux canaux sont proches l'un de l'autre, meilleur est l'échange de chaleur ;
ii) une zone de régulation thermique Z2 du liquide caloporteur comprenant d'une série de conduites 130 parallèles de 100 pm de large et 50 pm d'épaisseur. Ces conduites sont destinées à être en contact avec un moyen de régulation thermique tel qu'un module Peltier ;
iii) une série de canalisations 140 de transport du liquide caloporteur provenant de la zone de régulation thermique Z2 ;
iv) la zone de régulation thermique Z† de l'échantillon comprenant un réseau de micro-canaux 120 en contact avec l'échantillon.
La figure 12 illustre un système incorporant la puce de la figure 1 1. Ce système comprend un support de puce intégrant un moyen de régulation thermique 400 destiné à réguler thermiquement le liquide caloporteur circulant dans les conduites 130 de la puce. Dans ce cas, comme expliqué en relation avec la figure 6, la couche 1 10 portant le réseau de micro-canaux présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K-1.cm-2 et une conductivité thermique, à 20°C, supérieur ou égale à 0,5 W.m-1 .K-1. Dans ce cas, la régulation thermique peut être réalisée en regard de la zone Z2 au travers de la couche 1 10.
Un porte échantillon comportant une cavité est disposé en vis- à-vis des micro-canaux 120 de la zone de régulation thermique de l'échantillon A.
Le système comprend également un moyen de mise en circulation du liquide caloporteur composé d'une pompe 520 et d'un réservoir de liquide 510.
Dans le mode de réalisation de la figure 13, le système de régulation thermique selon l'invention comprend une puce 100 semblable à celle qui a été décrite à la figure 4.
Dans ce mode de mise en œuvre, le moyen de mise en circulation du liquide caloporteur est une mini-pompe à membrane intégrée dans le support de la puce. Cette mini-pompe permet de faire circuler le liquide en boucle pour minimiser la quantité de liquide consommée et la quantité de liquide à réguler thermiquement.
De préférence, le moyen de régulation thermique 400 comporte deux modules Peltier agencés de part et d'autre des conduites 130 (non illustrées), et ayant une forte puissance surfacique pour obtenir une vitesse élevée de changement de température du liquide caloporteur.
Le moyen de régulation thermique 400 du liquide caloporteur est monté en communication fluidique avec un échangeur de chaleur 700 pour recycler la température du liquide caloporteur en sortie de la puce vers l'entrée du moyen de régulation thermique 400. Ceci permet de limiter la taille de la zone de régulation thermique du circuit fluidique.
Dans le mode de réalisation de la figure 14, le système de régulation thermique selon l'invention comprend une puce 100 semblable à celle qui a été décrite à la figure 4, et deux moyen de régulation thermiques 400 et 400' indépendants reliés, d'une part, à deux moyens de mise en circulation du liquide 520 et 520' indépendants et, d'autre part à des moyens de mélange 800 situés entre la zone de régulation thermique de l'échantillon et les différents moyens de régulation thermique 400 et 400'. L'ensemble est préférentiellement piloté par ordinateur.
Les moyens de mise en circulation du liquide 520 et 520' sont, avantageusement, des mini-pompes à engrenage à débit variable.
Ce système permet d'effectuer des gradients temporels de température très précisément.
Ainsi, ce système permet de modifier très rapidement la température du liquide caloporteur en mélangeant deux liquides, de préférence de températures différentes, issus de deux éléments de régulation thermique 400 et 400' distincts (par exemple à module Peltier). La température de consigne peut alors être n'importe quelle température comprise entre les températures des deux éléments de régulation thermique.
Le mode de réalisation de la figure 15 est une alternative au mode de réalisation de la figure 14. Dans la figure 15, le système comporte deux éléments de régulation thermique 400 et 400' distincts avec un seul moyen de mise en circulation du liquide 520 et un commutateur 810 de type électrovanne.
Ce mode de mise en œuvre permet de commuter rapidement la température de régulation thermique entre deux valeurs de consigne.
Le commutateur 810 peut être une vanne de commutation proportionnelle ou bistable.
Le mode de réalisation de la figure 16 illustre la possibilité de générer un gradient spatial de température dans la zone de régulation thermique Z1 de l'échantillon.
A cette fin, la puce 104 présente, entre les moyens de régulation thermiques 400 et 400', un moyen de mélange 800' constitué par un réseau microfluidique de génération de gradients par diffusion ou convection chaotique.
Ce mode de mise en œuvre permet d'obtenir n'importe quel gradient spatial de température, le gradient de température pouvant être modifié rapidement dans le temps en modifiant les températures de consigne des éléments Peltier.
En outre, l'invention permet de réguler la température d'un échantillon disposé, par exemple, au sein d'un support échantillon 600 présentant une structuration microfluidique ou des éléments actifs (électrodes par exemple) permettant d'appliquer d'autres opérations élémentaires à l'échantillon (application d'un champ électrique, d'un déplacement par gradient de pression, ... ). La figure 17 illustre ainsi la possibilité d'utiliser une puce de régulation thermique selon l'invention, pour de l'électrophorèse capillaire.
La puce de régulation thermique illustrée en figure 17 comporte l'empilement suivant : une couche 1 10 sur une face de laquelle est disposé un réseau de micro-canaux de circulation d'un fluide caloporteur, une couche 200 de transfert thermique, et une couche 900 sur une face de laquelle est disposé un réseau de micro-canaux d'électrophorèse capillaire.
Dans ce cas, le système comporte un système de régulation thermique comme l'un des modes de mise en oeuvre présenté précédemment, ainsi que des éléments nécessaires au contrôle de la puce d'électrophorèse capillaire. Ce mode de mise en œuvre permet ainsi d'imposer une température constante lors de l'étape de séparation par électrophorèse capillaire, compensant l'effet joule qui peut être générée lors de la mise en œuvre de cette technique. Il est aussi possible d'imposer un gradient de température dans ce système afin d'effectuer des opérations de séparations sous gradient de température.
Enfin, la structuration d'un réseau microfluidique dans le support 600 d'échantillon et l'aménagement de connexions appropriées avec des moyens de mise en œuvres microfluidiques permet d'injecter séquentiellement ou en continu un échantillon sous la puce microfluidique (portant elle même un réseau de micro-canaux pour la circulation d'un fluide caloporteur) afin d'observer le comportement d'un volume d'échantillon plus important en présence d'un gradient spatial et/ou temporel de température. Ainsi, il est possible de remplacer un échantillon dans la cavité aménagée par le support d'échantillon 600 par un nouvel échantillon issu d'un réservoir externe après une étape d'observation de l'échantillon pendant laquelle ce dernier aura été soumis à un choc thermique ou à une séquence de température précise. Cet échantillon peut aussi être injecté de façon continue au sein de la cavité ou du réseau microfluidique porté par le support d'échantillon 600.
Pour mettre en œuvre les systèmes de régulation thermique précédemment décrits, l'utilisateur dispose un échantillon en contact avec la couche 200 conductrice de chaleur d'une puce. Cette couche peut être rapportée à la puce ou faire partie intégrante de la puce.
Puis, l'utilisateur relie les micro-canaux 120 de la puce à un circuit fluidique d'un liquide caloporteur. Ensuite, il commande la régulation thermique du liquide caloporteur en dehors des micro-canaux 120, pour qu'il atteigne une température déterminée. Puis, l'utilisateur provoque l'écoulement du liquide caloporteur régulé thermiquement dans les micro-canaux 120 pendant toute la durée pendant laquelle l'échantillon doit resté à la température de consigne, et il évacue le liquide en dehors des micro-canaux.
Avantageusement, le liquide évacué est récupéré.
De préférence, le procédé de mise en œuvre comprend une étape d'échange de chaleur entre le liquide sortant des micro-canaux et le liquide entrant dans la zone de thermalisation du liquide caloporteur, ceci pour réduire la puissance calorifique nécessaire à la thermalisation du liquide caloporteur.
L'invention permet d'assurer l'homogénéité de la température dans l'échantillon lors de sa régulation thermique, en séparant le réseau de circulation du liquide caloporteur de l'échantillon, en isolant thermiquement le réseau de circulation du liquide caloporteur, en régulant thermiquement ce liquide à distance de l'échantillon, et en optimisant le débit de liquide et la distance e entre l'échantillon et le liquide caloporteur.
L'invention permet de réaliser une puce en matériau transparent pour permettre l'utilisation de microscopes à lumière visible, et permet la mise en œuvre de protocole standard de réalisation d'échantillon sur lame de microscopie classique.
Par ailleurs, l'invention permet une utilisation très polyvalente puisque la puce peut être disposée au dessus ou en dessous de l'échantillon. Le système est donc compatible avec des techniques de microscopie classique ou tout autre système de caractérisation de l'échantillon et permet l'étude de cet échantillon en condition statique.
En outre, le système est réversible, c'est-à-dire qu'il peut être successivement appliqué puis désolidarisé de l'échantillon tout en évitant de le détériorer mécaniquement ou chimiquement.
D'autre part, le système de régulation thermique selon l'invention est très économique et peu encombrant. Il peut être mis en œuvre facilement, sans nécessiter des connaissances élevées en microfluidique.
Enfin, l'invention assure une qualité (rapidité et homogénéité) de régulation thermique beaucoup plus élevée que que celle obtenue par les dispositifs actuellement connus.
L'invention prévoit avantageusement un moyen 1100 de mesure de température du liquide caloporteur après que celui-ci est été régulé thermiquement par les moyens de régulation thermique 400-400', et avant que le liquide caloporteur régulé n'entre dans les micro-canaux. Avantageusement, les moyens de régulation thermique 400-400' sont asservis au moyen de mesure de température du liquide caloporteur. Ainsi, dès que ce moyen 1100 détecte un changement de température du liquide caloporteur, il commande les moyens de régulation thermique pour qu'ils baissent ou augmentent la température du liquide caloporteur. Grâce moyen de mesure 1 100 de la température du liquide caloporteur, on s'assure de la température du liquide après que celui-ci ait été régulé thermiquement. Or, grâce à la puce, la température de l'échantillon est identique à celle du liquide caloporteur. Donc en mesurant la température du liquide caloporteur juste avant son entrée dans les micro-canaux, on peut connaître très précisément la température de l'échantillon.
Sur une puce telle que celle qui est illustrée en figure 18, la couche conductrice de chaleur 200 et/ou le support d'échantillon 600 peu(ven)t porter le moyen de mesure de température du liquide caloporteur. Sur cette figure 18, le moyen de mesure de température du liquide caloporteur est agencé en relation thermique avec les canalisations 140 conduisant le liquide caloporteur depuis la zone de régulation thermique Z2 du liquide jusqu'aux micro-canaux 120 de la zone Z1 de régulation thermique de l'échantillon.
Par exemple, dans l'exemple illustré en figure 18, ce moyen de mesure de température 1 100 est une piste métallique dont la résistance (proportionnelle la température) est mesurable par exemple par une technique de mesure quatre points. Cette piste peut être insérée avantageusement en amont de l'échantillon et en aval de la zone de régulation thermique du liquide caloporteur, entre les zones Z-ι et Z2 de la figure 18, par exemple, ou en contact thermique avec la canalisation de transport 303 des figures 5, 8 et 9.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 18, il peut s'agir d'une zone Z3 dédiée à la mesure de la température du liquide caloporteur avant son entrée dans la zone de régulation thermique Zi .
Grâce à cette disposition en amont des micro-canaux et en aval de la zone de régulation thermique du liquide caloporteur, le moyen de mesure de température 1 100 n'est ni dans l'échantillon, ni dans le moyen de régulation thermique 400-400'. Cet agencement permet l'observation de l'échantillon sans être gêné par le capteur de température dans l'échantillon. En outre, cette disposition n'est pas invasive et respecte l'intégrité physique et chimique de l'échantillon En outre, le moyen de mesure de température 1100 absorbe nécessairement une partie de la chaleur pour son fonctionnement, ce qui perturbe l'environnement thermique du capteur. Puisque le capteur n'est pas situé au dessus de ou en contact avec l'échantillon, il ne perturbe pas la température de l'échantillon.
De plus, le moyen de mesure de température 1100 n'est pas situé dans le moyen de régulation thermique 400-400', ce qui évite de mesurer la température du moyen de régulation thermique 400-400' qui peut être très différente de celle du liquide caloporteur s'il y a des pertes thermique avant les micro-canaux.
De nombreuses variantes et alternatives peuvent être apportées sans pour cela sortir de l'invention. Par exemple :
• le moyen de mise en circulation du fluide peut être une source de pression. Ce mode de mise en œuvre permet de contrôler le mouvement du liquide caloporteur en utilisant une source de pression plutôt qu'une pompe pour alimenter en continue la puce en liquide caloporteur sans limitation dans le temps. Dans ce cas, le liquide circulant dans la puce passe alternativement entre deux réservoirs ;
• deux puces microfluidiques peuvent être utilisées, une sur chaque face de l'échantillon, pour augmenter la rapidité et la précision du contrôle de température. L'échantillon est alors disposé entre les couches de conduction thermique 200 de chaque puce ;
• le support de puce et la puce peuvent contenir un certain nombre de réseaux fluidiques ou électriques disjoint du réseau de fluide caloporteur, ces réseaux dits secondaires servant à contrôler des paramètres liés à l'échantillon à analyser. Dans cette configuration, l'échantillon à analyser pourra être solidaire de la puce microfluidique de contrôle de la température, ou pourra être rendu solidaire grâce à un système de positionnement et de serrage intégré dans le support puce ;
• la puce peut intégrer plusieurs entrées indépendantes acceptant des fluides caloporteurs à des températures distincts, ainsi qu'un ou plusieurs réseaux de micro-canaux permettant la génération de profil spatial et temporel de température.
l'ensemble puce /support échantillon peut prévoir d'inclure des moyen de contrôle des paramètres thermiques, chimiques ou cinétiques de l'échantillon, les dits moyens de contrôle étant soit situés sur la face inférieure de la couche conductrice de chaleur, soit sur la phase supérieure du support.
la puce peut en outre contenir des moyens de mesure des propriétés thermiques, chimiques et de vitesse du fluide caloporteur.
Le système selon l'invention peut comprendre une réserve de liquide caloporteur qui est pré-régulée thermiquement et disposée en amont de la zone de régulation thermique Z2 pour permettre un écoulement rapide d'une grande quantité de liquide caloporteur dans la puce microfluidique, la rapidité de l'écoulement étant permise par le faible ajustement en température devant être effectué dans la zone de régulation thermique Z2 par le moyen de régulation, avant l'entrée du liquide dans la zone de régulation de l'échantillon Z\.

Claims

REVENDICATIONS
1. Support (300) de régulation thermique d'un échantillon caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de maintien (301) destiné à maintenir en position d'utilisation au moins une puce microfluidique (100) de régulation thermique d'un échantillon comprenant une couche (200) dite « conductrice de chaleur » présentant une conductivité thermique, à 20°C, supérieure à 0,5 W.nï1.K"1 et d'épaisseur (e) comprise entre 10 pm et 200 pm, et une couche (110) de matériau d'épaisseur (E) présentant soit une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K"1.cm"2, soit une conductivité thermique, à 20°C, inférieure ou égale à 0,5 W.m"1.K"1 si elle présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C supérieure ou égale à 0,3 J.K"1.cm"2, la couche (1 10) ayant une face (11 1) sur laquelle est disposé au moins un réseau de micro-canaux (120) dans lequel :
• chaque micro-canal présente une largeur (d) supérieure ou égale à 10 pm et inférieure ou égale à 5 mm,
• chaque micro-canal présente une hauteur (h) supérieure ou égale à 10 μητι et inférieure ou égale à 500 pm,
· la distance (1) entre deux micro-canaux étant supérieure ou égale au vingtième de la largeur (d) des micro-canaux, et inférieure ou égale à 400 pm, la couche (200) conductrice de chaleur étant en contact avec la face (111) portant le réseau de micro-canaux (120) afin de fermer les micro-canaux et de conduire la chaleur du fluide caloporteur (2) susceptible de circuler dans ces micro-canaux,
et en ce que le moyen de maintien de la puce est agencé pour permettre, en utilisation, le maintient de la puce en relation avec un moyen de régulation thermique (400, 400') d'un fluide (2) destiné à s'écouler dans les micro-canaux (120) de la puce (100).
2. Support selon la revendication précédente, comprenant une zone de régulation thermique (Z2) d'un fluide caloporteur comportant au moins une conduite (302) du liquide caloporteur, destinée à être mise en relation thermique avec un moyen de régulation thermique (400, 400'), ladite au moins une conduite (302) étant reliée à au moins une canalisation de transport (303) du liquide caloporteur (2) depuis ladite au moins une conduite (302) jusqu'à un moyen de connexion fluidique (125) avec un réseau de micro-canaux (120) de la puce microfluidique.
3. Support de régulation thermique selon la revendication 2, comprenant, en outre, au moins un moyen de régulation thermique (400,
400') du liquide caloporteur dans ladite au moins une conduite (302).
4. Support de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de régulation thermique (400, 400') du liquide caloporteur présente une puissance calorifique d'au moins 0,8 W par cm2 de surface des micro-canaux.
5. Support de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant, en outre, un échangeur de chaleur (700) entre le liquide susceptible d'entrer dans la zone de régulation thermique (Z2) et le liquide susceptible de sortir du réseau de micro-canaux (120) de la puce.
6. Support de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant, en outre un support d'échantillon (600) présentant une couche (601 ) de conductivité thermique inférieure à 2 W.m"1.K"1 et d'épaisseur inférieure ou égale à 1 mm, et un rebord ou une structuration (602) de hauteur inférieure ou égale à 1 mm agencé(e) pour ménager, lorsque une puce microfluidique (100) est supportée par le support, une cavité entre ladite couche du support d'échantillon et la couche conductrice de chaleur de la puce, la cavité étant destinée à recevoir un échantillon.
7. Support de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant, en outre un moyen de mesure de température du liquide caloporteur.
8. Support de régulation thermique selon les revendications 2 et 7, dans lequel le moyen de mesure de température du liquide caloporteur est agencé en relation thermique avec ladite au moins une canalisation (303).
9. Système de régulation thermique d'un échantillon, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une puce (100) de régulation thermique d'un échantillon comprenant une couche (200) dite « conductrice de chaleur » présentant une conductivité thermique, à 20°C, supérieure à 0,5 W.m"1.K"1 et d'épaisseur (e) comprise entre 10 μηι et 200 pm, et une couche
(110) de matériau d'épaisseur (E) présentant soit une capacité thermique par unité de surface, à 20°C inférieure à 0,3 J.K"1.cm"2, soit une conductivité thermique, à 20°C, inférieure ou égale à 0,5 W.m"1.K"1 si elle présente une capacité thermique par unité de surface, à 20°C supérieure ou égale à 0,3 J.K"1.cm"2, la couche (110) ayant une face (111) sur laquelle est disposé au moins un réseau de micro-canaux (120) dans lequel :
• chaque micro-canal présente une largeur (d) supérieure ou égale à 10 pm et inférieure ou égale à 5 mm,
• chaque micro-canal présente une hauteur (h) supérieure ou égale à 10 pm et inférieure ou égale à 500 pm,
• la distance (1) entre deux micro-canaux étant supérieure ou égale au vingtième de la largeur (d) des micro-canaux, et inférieure ou égale à 400 pm, la couche (200) conductrice de chaleur étant en contact avec la face
(111) portant le réseau de micro-canaux (120) afin de fermer les micro-canaux et de conduire la chaleur du fluide caloporteur (2) susceptible de circuler dans ces micro-canaux, ; - un support destiné à recevoir la puce microfluidique ;
- au moins un moyen de régulation thermique du liquide caioporteur ;
- au moins un moyen de mise en circulation du liquide caioporteur dans la puce.
10. Système de régulation thermique d'un échantillon selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de mise en circulation (520, 520') du liquide caioporteur est apte à générer un débit de liquide caioporteur d'au moins 0,3 ml par minute et par cm2 de surface des microcanaux.
11. Système de régulation thermique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, comprenant, en outre, un circuit de recirculation du liquide caioporteur.
12. Système de régulation thermique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications 9 à 1 1 , comprenant, en outre, une zone de régulation thermique d'un fluide caioporteur comportant au moins une conduite du liquide caioporteur en relation thermique avec ledit au moins un moyen de régulation thermique, ladite au moins une conduite étant reliée à au moins une canalisation de transport (303) du liquide caioporteur (2) depuis ladite au moins une conduite (302) jusqu'à un moyen de connexion fluidique (125) avec la puce microfluidique.
13. Système de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 9 ou 12, comprenant, en outre, un échangeur de chaleur entre le liquide susceptible d'entrer dans la zone de régulation thermique et le liquide susceptible de sortir du réseau de microcanaux de la puce.
14. Système de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, comprenant au moins un moyen de circulation de liquide caioporteur, deux zones de régulation thermique pour réguler thermiquement les liquides caioporteur à deux températures différentes, et un moyen de mélange (800, 800', 810), apte à permettre, en utilisation, un mélange ratiométrique contrôlé des liquides à deux températures différentes pour modifier de manière contrôlée la température du liquide caloporteur circulant dans le réseau de micro-canaux.
15. Système de régulation thermique d'un échantillon selon la revendication 14, dans lequel le moyen de mélange est un commutateur (810) proportionnel ou bistable.
16. Système de régulation thermique d'un échantillon selon la revendication 14, dans lequel le moyen de mélange est un réseau micro- fluidique de génération de gradients par diffusion ou convection chaotique permettant de réalisé par mélange diffusif ou convectif des liquides un profil de température spatialement contrôlé.
17. Système de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 9 à 1 1 , dans lequel la puce microfluidique comprend, en outre au moins une zone de régulation thermique (Z2) d'un fluide caloporteur comportant au moins une conduite (130) du liquide caloporteur en amont des micro-canaux (120), et destinée à être mise en relation thermique avec un moyen de régulation thermique (400, 400').
18. Système de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel la puce microfluidique comprend, en outre, au moins une canalisation (140) de transport du liquide caloporteur depuis ladite au moins une conduites (130) jusqu'au réseau de micro-canaux (120).
19. Système de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, dans lequel la puce microfluidique comprend, en outre, un échangeur de chaleur (700) entre le liquide susceptible d'entrer dans la zone de régulation thermique (Z2) et le liquide susceptible de sortir du réseau de micro-canaux (120).
20. Système de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 9 à 19, comprenant, en outre un moyen de mesure de température du liquide caloporteur.
21. Système de régulation thermique selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de mesure de température du liquide caloporteur est agencé en relation thermique avec ladite au moins une canalisation (140 - 303).
22. Système de régulation thermique d'un échantillon selon l'une quelconque des revendications 9 à 21 , dans lequel le support de puce est un support selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
PCT/IB2011/051977 2010-05-04 2011-05-04 Support de puce microfluidique et systeme de regulation thermique d'un echantillon Ceased WO2011138748A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11725201A EP2566621A1 (fr) 2010-05-04 2011-05-04 Support de puce microfluidique et systeme de regulation thermique d'un echantillon

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1001905 2010-05-04
FR1001905A FR2959678B1 (fr) 2010-05-04 2010-05-04 Puce microfluidique, support, systeme et procede de mise en oeuvre pour une regulation thermique spatialement controlee et rapide d'un echantillon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011138748A1 true WO2011138748A1 (fr) 2011-11-10

Family

ID=42697400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2011/051977 Ceased WO2011138748A1 (fr) 2010-05-04 2011-05-04 Support de puce microfluidique et systeme de regulation thermique d'un echantillon

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2566621A1 (fr)
FR (1) FR2959678B1 (fr)
WO (1) WO2011138748A1 (fr)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3060418A1 (fr) * 2016-12-19 2018-06-22 Bforcure Puce micro fluidique, systeme utilisant une telle puce et procede pcr pour la detection de sequences adn
WO2018114625A1 (fr) 2016-12-19 2018-06-28 Elvesys Puce échantillon micro fluidique, système d'analyse utilisant une telle puce et procédé pcr pour la détection de séquences adn
US10702868B2 (en) 2014-03-07 2020-07-07 National Research Council Of Canada Centrifugal microfluidic chip control
WO2022117493A1 (fr) 2020-12-04 2022-06-09 Bforcure Puce de détection pcr, appareil de test associé et système d'analyse de mise en œuvre
CN116648613A (zh) * 2020-12-28 2023-08-25 珠海飒德科技有限公司 冷冻芯片、冷冻系统、样品测试系统及方法
WO2023237539A1 (fr) 2022-06-08 2023-12-14 Bforcure Puce de détection pcr, appareil de test associé et système d'analyse de mise en oeuvre

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3705564A1 (fr) 2019-03-06 2020-09-09 Cherry Biotech SAS Procédés et appareil pour fournir un contrôle environnemental dans des échantillons biologiques contenus dans des récipients de culture cellulaire

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3580658A (en) 1968-06-24 1971-05-25 Percy L Swanson Gas cooled microscope slide
US5508197A (en) 1994-07-25 1996-04-16 The Regents, University Of California High-speed thermal cycling system and method of use
WO1999066282A1 (fr) * 1998-06-18 1999-12-23 3M Innovative Properties Company Echangeur de chaleur a microcanaux
WO2004027336A1 (fr) * 2002-09-17 2004-04-01 Midwest Research Institute Systemes d'echange de chaleur de nanotubes en carbone
WO2004040645A1 (fr) * 2002-10-31 2004-05-13 Stichting Voor De Technische Wetenschappen Echangeur thermique microfluidique de regulation locale de la temperature
US20060113063A1 (en) * 2004-10-15 2006-06-01 Lalit Chordia Thin-plate microchannel structure
US20060188979A1 (en) 2001-04-12 2006-08-24 Caliper Life Sciences, Inc. Method and apparatus for improved temperature control in microfluidic devices

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050141195A1 (en) * 2003-12-31 2005-06-30 Himanshu Pokharna Folded fin microchannel heat exchanger

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3580658A (en) 1968-06-24 1971-05-25 Percy L Swanson Gas cooled microscope slide
US5508197A (en) 1994-07-25 1996-04-16 The Regents, University Of California High-speed thermal cycling system and method of use
WO1999066282A1 (fr) * 1998-06-18 1999-12-23 3M Innovative Properties Company Echangeur de chaleur a microcanaux
US20060188979A1 (en) 2001-04-12 2006-08-24 Caliper Life Sciences, Inc. Method and apparatus for improved temperature control in microfluidic devices
WO2004027336A1 (fr) * 2002-09-17 2004-04-01 Midwest Research Institute Systemes d'echange de chaleur de nanotubes en carbone
WO2004040645A1 (fr) * 2002-10-31 2004-05-13 Stichting Voor De Technische Wetenschappen Echangeur thermique microfluidique de regulation locale de la temperature
US20060113063A1 (en) * 2004-10-15 2006-06-01 Lalit Chordia Thin-plate microchannel structure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2566621A1 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10702868B2 (en) 2014-03-07 2020-07-07 National Research Council Of Canada Centrifugal microfluidic chip control
FR3060418A1 (fr) * 2016-12-19 2018-06-22 Bforcure Puce micro fluidique, systeme utilisant une telle puce et procede pcr pour la detection de sequences adn
WO2018114625A1 (fr) 2016-12-19 2018-06-28 Elvesys Puce échantillon micro fluidique, système d'analyse utilisant une telle puce et procédé pcr pour la détection de séquences adn
WO2018114620A1 (fr) 2016-12-19 2018-06-28 Elvesys Puce micro fluidique de thermalisation à cycles de température variable, système utilisant une telle puce et procédé pcr pour la détection de séquences adn
US11198120B2 (en) 2016-12-19 2021-12-14 Bforcure Microfluidic thermalization chip with variable temperature cycles, system using such a chip and PCR method for detecting DNA sequences
US11607684B2 (en) 2016-12-19 2023-03-21 Bforcure Microfluidic sample chip, assay system using such a chip, and PCR method for detecting DNA sequences
WO2022117493A1 (fr) 2020-12-04 2022-06-09 Bforcure Puce de détection pcr, appareil de test associé et système d'analyse de mise en œuvre
FR3117045A1 (fr) 2020-12-04 2022-06-10 Bforcure Puce de détection PCR, appareil de test associé et système d’analyse de mise en œuvre
CN116648613A (zh) * 2020-12-28 2023-08-25 珠海飒德科技有限公司 冷冻芯片、冷冻系统、样品测试系统及方法
WO2023237539A1 (fr) 2022-06-08 2023-12-14 Bforcure Puce de détection pcr, appareil de test associé et système d'analyse de mise en oeuvre
FR3136386A1 (fr) 2022-06-08 2023-12-15 Bforcure Puce de détection PCR, appareil de test associé et système d’analyse de mise en œuvre

Also Published As

Publication number Publication date
FR2959678A1 (fr) 2011-11-11
FR2959678B1 (fr) 2012-09-28
EP2566621A1 (fr) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011138748A1 (fr) Support de puce microfluidique et systeme de regulation thermique d'un echantillon
EP3554700B1 (fr) Puce micro fluidique de thermalisation à cycles de température variable, système utilisant une telle puce et procédé pcr pour la détection de séquences adn
Chen et al. Effect of contact angle hysteresis on thermocapillary droplet actuation
CN213337028U (zh) 一种根据热曲线为核酸来进行热处理的仪器
Sgro et al. Thermoelectric manipulation of aqueous droplets in microfluidic devices
EP0379437A1 (fr) Procédé et dispositif de régulation rapide d'une température de paroi
Roulet et al. Performance of an integrated microoptical system for fluorescence detection in microfluidic systems
EP2262904B1 (fr) Dispositifs pour des réactions chimiques réalisées thermiquement
US9243624B2 (en) Thermally driven Knudsen pump
EP3463668B1 (fr) Cyclage thermique rapide pour analyses et traitement d'échantillons
Xin et al. Massive photothermal trapping and migration of particles by a tapered optical fiber
CA3201904A1 (fr) Systeme pour controler la temperature d'une puce microfluidique et appareil microfluidique pour surveiller une substance dans une puce microfluidique comprenant un tel systeme
FR3016726A1 (fr) Dispositif pour l'irradiation d'echantillons dans le cœur ou en peripherie du cœur d'un reacteur
Nightingale et al. Easily fabricated monolithic fluoropolymer chips for sensitive long-term absorbance measurement in droplet microfluidics
Huang et al. Tunable two-dimensional liquid gradient refractive index (L-GRIN) lens for variable light focusing
US20060288708A1 (en) Thermal management techniques, apparatus and methods for use in microfluidic devices
Yamamoto et al. Lubrication effects on droplet manipulation by electrowetting-on-dielectric (EWOD)
Feng et al. High-flux and stable thin-film evaporation from fiber membranes with interconnected pores
FR2841158A1 (fr) Dispositif fluidique permettant de maniere thermo-pneumatique l'isolement et eventuellement l'agitation du contenu d'une cavite operatoire
EP2758553B1 (fr) Dispositif et procede de chauffage d'un objet sous un champ magnetique intense
EP2715378B1 (fr) Porte-echantillon universel pour des mesures de caracteristiques electromagnetiques d'un materiau dielectrique et/ou magnetique
Takeuchi et al. Noncontact bubble manipulation in microchannel by using photothermal Marangoni effect
FR3074810A1 (fr) Puce echantillon micro-fluidique, systeme d'analyse utilisant une telle puce et procede pcr pour la detection de sequences adn
FR2813662A1 (fr) Evaporateur capillaire pour boucle de transfert
FR3060418A1 (fr) Puce micro fluidique, systeme utilisant une telle puce et procede pcr pour la detection de sequences adn

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11725201

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011725201

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011725201

Country of ref document: EP