FR2905690A1 - Procede de fabrication d'un dispositif microfluidique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de dispositifs microfluidiques « ouverts » par sérigraphie. Le procédé comprend les étapes consistant àa) déposer par sérigraphie un mélange d'un matériau précurseur de verre, d'une vitrocéramique ou d'une céramique, et d'un médium organique sur ledit substrat en un matériau choisi parmi le verre, la vitrocéramique et la céramique, pour former au moins un motif sérigraphié selon un modèle désiré, chaque motif correspondant à un dispositif microfluidique, etb) cuire le(s) motif(s) sérigraphié(s) à une température permettant de lier par fusion le matériau précurseur au substrat.Elle a également pour objet un procédé de dispositifs microfluidiques « fermés » par une feuille en verre, en vitrocéramique ou en céramique.

Description

1 PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF MICROFLUIDIQUE La présente

invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique. Les dispositifs microfluidiques sont des structures connues utilisées en chimie, en particulier dans les domaines suivants : -la microréaction qui vise à produire toutes sortes de composés (molécules, particules, émulsions, ...) à partir de réactifs de départ introduits dans un dispositif microfluidique qui joue le rôle de réacteur de synthèse, -la microanalyse qui a pour but de détecter des composés spécifiques, et généralement de mesurer leur teneur, dans des échantillons de provenance variée, en particulier dans des fluides biologiques. Le dispositif microfluidique assure ici la fonction de détecteur. Le rôle des dispositifs microfluidiques ne se limite pas cependant aux fonctions précitées; notamment, les dispositifs microfluidiques peuvent être conçus pour fonctionner en tant qu'échangeurs de chaleur, filtres, mélangeurs, des extracteurs, séparateurs (par exemple opérant par électrophorèse), dispositifs permettant de générer des gouttes de dimension donnée ou des particules solides, ou en tant que dispositifs permettant d'effectuer des opérations particulières (lyse cellulaire, amplification d'ADN, ...). Ces dispositifs peuvent être ouverts , c'est-à-dire n'être composés que d'un seul élément sur lequel sont gravés ou sont déposés des motifs délimitant des microstructures, par exemple des microcanaux et des microréservoirs. Plus généralement, les dispositifs microfluidiques sont fermés ; ils comprennent deux éléments, sous forme de plaque ou de feuille, qui sont juxtaposés et liés ensemble, et au moins un des éléments étant gravé ou étant muni de motifs sur la surface qui fait face à l'autre élément pour former les microstructures, lesquelles microstructures sont étanches aux fluides. En général, les dispositifs microfluidiques comportent des ouvertures dans l'(les) élément(s) qui débouchent dans une ou plusieurs des microstructures pour l'introduction et l'évacuation des fluides. Dans les microstructures, on stocke ou on fait circuler un volume très faible de fluides dans le but soit de faire réagir les composés contenus dans ces 2905690 2 fluides (ensemble ou avec un(des) composé(s) préalablement introduit(s) dans le dispositif microfluidique), soit de mélanger ou de séparer les constituants d'une partie d'un fluide afin d'analyser leurs propriétés chimiques et/ou physiques, à l'intérieur ou à l'extérieur du dispositif microfluidique. On peut aussi faire circuler un fluide dans une microstructure simplement pour mesurer une de ses propriétés chimique ou physique. En général, les microstructures présentent une section sensiblement carrée, rectangulaire, trapézoïdale, ovale ou circulaire, et une épaisseur qui varie de 1 à 1000 pm, de préférence de 10 à 500 pm. Les dimensions des microstructures varient selon qu'il s'agit d'un canal, d'un réservoir ou d'un élément de connexion de ces derniers; le plus souvent, la largeur est comprise entre 10 et 1000 pm, la longueur peut aller de quelques millimètres à plusieurs centimètres et la surface peut varie de 1 à 100 centimètres carrés. Les dispositifs microfluidiques peuvent être constitués de matériaux de différentes natures. Ils peuvent être par exemple en polymère, silicium ou métal. Cependant, ces matériaux ne sont pas satisfaisants à de nombreux égards : - les polymères sont sensibles aux solvants organiques (ils ont tendance à se dissoudre et à gonfler), résistent difficilement aux traitements prolongés à des températures supérieures à 200-300 C, se déforment sous l'effet de la pression, et ne sont pas entièrement inerte chimiquement (ils peuvent adsorber des composés présents dans les fluides, éventuellement les relarguer par la suite). En outre, l'état de surface des polymères est difficile à contrôler, en particulier parce qu'il peut évoluer dans le temps. Enfin, certains polymères ne sont pas adaptés aux techniques de détection opérant par spectroscopie en général, en particulier Raman, du fait des perturbations qu'ils peuvent occasionner. -le silicium est coûteux, n'est pas compatible avec certains fluides, n'est pas transparent et son caractère semi-conducteur empêche toute mise en œuvre de techniques de pompage électrodynamique et électroosmotique des fluides. De surcroît, les méthodes utilisées pour former les microstructures telles que la photolithographie et la DRIE ( Deep Reactive Ion Etching en anglais) sont coûteuses car elles imposent de travailler dans des enceintes protégées placées sous une atmosphère contrôlée, et 2905690 3 - les métaux sont susceptibles de se corroder, ne sont pas transparents ni compatibles avec certains fluides biologiques. Pour remédier aux inconvénients précités, il a été proposé de fabriquer les dispositifs microfluidiques avec du verre, de la vitrocéramique ou de la céramique. Ces matériaux sont appréciés pour leur caractère isolant qui autorise le transport des fluides par électrocinétique et électroosmose, leur inertie chimique, leur bon état de surface et leur aptitude à pouvoir être modifiés chimiquement en surface de manière durable. Le verre est préféré pour son coût, sa facilité de mise en oeuvre et sa transparence qui permet la détection des composés présents dans les fluides par des méthodes optiques. Sur un élément en verre, les canaux peuvent être obtenus par gravure physique, notamment par sablage ( sand blasting en anglais) et par irradiation au moyen d'un laser CO2 (JP-A-2000-298109), ou par gravure chimique du verre directement ou d'une couche consolidée à base d'une poudre de verre préalablement déposée sur le verre (JP-A-2003-299944). Toutefois, les procédés de gravure physique et chimique peuvent altérer la surface de l'élément en verre en la rendant apte à diffuser la lumière, de sorte qu'il n'est plus possible d'utiliser les méthodes de détection optique opérant dans le visible avec ce type de dispositif microfluidique. En outre, la surface gravée présente un niveau de rugosité trop important pour l'application visée qu'il est nécessaire de corriger en appliquant des traitements supplémentaires, par exemple thermique ou chimique, par exemple avec un acide. Les microstructures peuvent encore être obtenues par mise en forme sous vide d'un matériau précurseur d'un verre, d'une vitrocéramique ou d'une céramique sur l'élément en verre (FR-A-2830206). Ce procédé requiert des dispositifs spécifiques de mise sous vide, lesquels sont d'autant plus onéreux que les éléments à traiter ont des dimensions importantes. La présente invention a pour but de produire des dispositifs microfluidiques avec une productivité plus élevée et de manière plus économique que les procédés antérieurs.

2905690 4 Un premier objet de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique ouvert comprenant un substrat pourvu d'au moins une microstructure, notamment sous forme d'un canal ou d'un réservoir, procédé qui comprend les étapes consistant à : a) déposer par sérigraphie un mélange d'un matériau précurseur de verre, d'une vitrocéramique ou d'une céramique, et d'un médium organique sur ledit substrat en un matériau choisi parmi le verre, la vitrocéramique et la céramique, pour former au moins un motif sérigraphié selon un modèle désiré, chaque motif correspondant à un dispositif microfluidique, et b) cuire le(s) motif(s) sérigraphié(s) à une température permettant de lier par fusion le matériau précurseur au substrat. Le procédé selon l'invention est avantageux en ce qu'il comprend une étape de sérigraphie qui permet notamment l'impression de plusieurs motifs sur un même substrat. La sérigraphie est une technique d'impression bien connue de l'homme du métier ; elle est économique, permet d'obtenir une productivité élevée et peut s'adapter à des motifs présentant une forme très variée. Conformément à l'invention, on forme les motifs par sérigraphie en faisant passer le mélange de matériau précurseur de verre, de vitrocéramique ou de céramique et de médium organique à travers un écran sur lequel est imprimé le modèle à reproduire sur le substrat. Le matériau précurseur de l'étape a) doit pouvoir fondre pour donner un verre, une vitrocéramique ou une céramique à une température inférieure à la température de fusion du substrat, et ainsi obtenir la liaison par fusion du matériau au substrat. En général, ce matériau se présente sous la forme d'une poudre fine qui présente une taille de particules suffisamment faible pour pouvoir passer au travers des mailles de l'écran de sérigraphie, par exemple une taille moyenne n'excédant pas 100 pm, de préférence comprise entre 1 et 50 pm, et avantageusement comprise entre 1 et 20 pm. De préférence, la poudre a une distribution monodisperse. En règle générale, le matériau précurseur présente un coefficient de dilatation thermique proche de celui du substrat afin d'éviter l'apparition de tension après la cuisson et de limiter les risques de casse dans le dispositif 2905690 microfluidique final. Ainsi, l'écart entre le coefficient de dilatation thermique du matériau précurseur et le coefficient de dilatation thermique du substrat est inférieur ou égal à 40 x 10-' K-1, de préférence inférieur ou égal à 20 x 10-' K"1, et avantageusement inférieur ou égal à 10 x 10-' K"1. De manière avantageuse, le matériau précurseur de verre est choisi parmi les frittes constituées d'un verre à base d'oxyde de plomb, par exemple la fritte C80F de FERRO, d'un verre à base d'oxydes de zinc et de bore, par exemple la fritte VN821 BJ de FERRO, et d'un verre à base d'oxyde de bismuth, notamment de composition suivante, en pourcentage pondéral : Bi203 50 - 70 B102 15-30% B203 1 -13% Al2O3 0,5-7% Na2O 0,5 - 7 % avantageusement satisfaisant la relation : Na2O + B2O3 + AI2O3 = 7,5 - 18 %. II s'est avéré que les frittes de ce dernier type de verre renfermant du bismuth permettent d'obtenir motifs transparents particulièrement recherchés. Le médium organique a pour fonction de conférer au mélange une viscosité rendant possible le passage à travers l'écran et la conservation de la forme du motif sur le substrat jusqu'à l'étape de cuisson. II peut être choisi parmi les médiums connus de l'homme du métier tels que les huiles, notamment de pin ou de ricin. La quantité de médium dans le mélange dépend de la nature du matériau précurseur et de la viscosité souhaitée. Le mélange peut encore comprendre d'autres composés permettant de doter les canaux de propriétés spécifiques, par exemple un ou plusieurs oxydes métalliques ou métaux, ou des composés minéraux. L'écran de sérigraphie est adapté aux conditions d'application sur le substrat. De préférence, l'écran présente une faible ouverture de maille afin d'obtenir une bonne résolution du(des) motif(s) à imprimer. En outre, l'écran est choisi de manière à permettre le dépôt du mélange avec une épaisseur comprise entre 1 et 1000 pm, de préférence inférieure ou égale à 200 pm.

2905690 6 Le cas échéant, il est possible de procéder à plusieurs dépôts successifs afin d'obtenir des épaisseurs de mélange plus importantes sur le substrat. Le substrat sur lequel est(sont) appliqué(s) le(s) motif(s) sérigraphié(s) peut être en verre, en vitrocéramique ou en céramique. Bien qu'elle puisse varie dans une large mesure, l'épaisseur du substrat est de préférence faible, notamment inférieure à 4 mm, avantageusement inférieure ou égale à 2 mm, et mieux encore inférieure ou égale à 1 mm. De manière préférée, le substrat est en verre, notamment silico-sodocalcique ou borosilicate. Le substrat peut être revêtu d'une couche fonctionnelle sur tout ou partie de la face sur laquelle ledit au moins un motif est déposé, la couche fonctionnelle pouvant être continue ou discontinue, notamment former des motifs identiques ou différents des motifs à sérigraphier. A titre d'exemples de telles couches, on peut citer les couches conductrices, notamment de l'électricité, chauffantes, isolantes, hydrophiles ou hydrophobes, adsorbantes d'un ou plusieurs constituants du(des) fluide(s) introduits dans le dispositif microfluidique, catalytiques, notamment photocatalytiques, métalliques, notamment permettant la détection par des méthodes magnétiques, à effet miroir, anti-reflet, bas émissives, anti-givre, antibuée, anti-solaire .... On préfère les couches conductrices, notamment parce qu'elles permettent la réalisation d'électrodes, et les couches métalliques parce qu'elles autorisent l'emploi de méthodes de détection in situ dans les microstructures, notamment dans les canaux. Le substrat peut aussi comporter des microstructures sur tout ou partie de la face sur laquelle le mélange de sérigraphie est déposé. Le substrat présente avantageusement des dimensions importantes afin que plusieurs motifs puissent être sérigraphiés simultanément, et que par conséquent on puisse obtenir en une seule opération un nombre élevé de dispositifs microfluidiques. Ainsi, il est possible d'utiliser des substrats présentant une surface pouvant atteindre plusieurs mètres carrés, ce qui permet de réaliser plusieurs centaines de dispositifs microfluidiques sur un substrat unique.

2905690 7 Dans l'étape b), on cuit le(s) motif(s) sérigraphié(s) à une température suffisante pour fondre le mélange précurseur et permettre qu'il se lie au substrat de manière durable. La température de la cuisson dépend de la nature du matériau précurseur, du substrat et éventuellement des couches fonctionnelles et des microstructures présentes sur la face destinée au dépôt du mélange de sérigraphie. De préférence, la température de cuisson est supérieure à la température de fusion du matériau précurseur, avantageusement d'au moins 50 C, et inférieure à la température de fusion du substrat. Lorsque le substrat est en verre, la température de cuisson est le plus souvent inférieure la température inférieure de recuisson (température à laquelle le verre a une viscosité égale à 10145 poises ; strain point en anglais) augmentée de 200 C. La durée de la cuisson peut varier de 1 à 50 minutes, de préférence de 3 à 20 minutes. De préférence, l'étape de cuisson débute à une température basse afin d'obtenir dans un premier temps une consolidation du matériau précurseur et l'élimination du médium organique, et dans un deuxième temps de lier par fusion le matériau précurseur au substrat. Il est important que le refroidissement soit effectué à une vitesse pas trop élevée de manière à ce que les tensions dans le substrat soient les plus faibles possibles afin que, le cas échéant, il puisse être découpé dans de bonnes conditions. La vitesse de refroidissement est de préférence inférieure à 200 C par minute, avantageusement comprise entre 5 et 100 C par minute. Un autre objet de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique fermé comprenant au moins deux substrats et au moins une microstructure, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) déposer par sérigraphie un mélange d'un matériau précurseur de verre, d'une vitrocéramique ou d'une céramique, et d'un médium organique sur un premier substrat pour former au moins un motif sérigraphié selon un modèle désiré, ledit premier substrat étant en un matériau choisi parmi le verre, la 2905690 8 vitrocéramique et la céramique, et chaque motif correspondant à un dispositif microfluidique, b) éventuellement sécher le(lesdits) motif(s) sérigraphié(s) à une température suffisante pour permettre l'élimination du médium organique, c) déposer un second substrat en un matériau choisi parmi le verre, la vitrocéramique et la céramique, identique ou différent dudit premier substrat, sur le(s) motif(s) sérigraphié(s), et d) cuire l'assemblage obtenu à une température permettant de lier par fusion le matériau précurseur et les substrats. L'étape a) est réalisée dans les mêmes conditions que l'étape a) de fabrication du(des) dispositif(s) microfluidique(s) ouvert(s). Dans l'étape b), on soumet le(s) motif(s) sérigraphié(s) à un traitement thermique en vue d'opérer un séchage et d'éliminer le médium organique. Ce traitement vise à prévenir la formation de bulles provenant de la décomposition du médium lors de l'étape ultérieur de cuisson, ces bulles étant susceptibles de créer au sein du matériau précurseur des pores qui nuisent à la bonne étanchéité du dispositif microfluidique final. La température dépend de la nature du médium utilisé ; en général, elle est comprise entre 50 et 200 C, de préférence de l'ordre de 100 C. La durée du séchage peut varier de 1 à 30 minutes, de préférence 1 à 20 minutes. Le séchage permet aussi de fixer temporairement le(s) motif(s) sur le premier substrat et d'améliorer leur résistance mécanique lors du placement du deuxième substrat dans l'étape suivante c). Le deuxième substrat peut être identique au premier substrat, ou être différent par ses dimensions et/ou la nature du matériau qui le constitue et/ou les couches fonctionnelles et/ou les microstructurations présentes à la surface de la face en regard des motifs. Avantageusement, le deuxième substrat est constitué du même matériau que le premier substrat. Le deuxième substrat peut comporter sur ladite face un ou plusieurs motifs sérigraphiés à base d'un matériau précurseur compatible avec celui du premier substrat, dans le but d'augmenter l'épaisseur des microstructures dans le(s) dispositif(s) microfluidique(s).

2905690 9 De préférence, le coefficient de dilatation thermique du deuxième substrat est compatible avec celui du matériau précurseur présent sur le premier substrat, et par conséquent est aussi compatible avec celui du premier substrat. Dans l'étape d), l'assemblage des substrats et des motifs sérigraphiés est cuit à une température autorisant la fusion du matériau précurseur de verre, de vitrocéramique ou de céramique afin que les deux substrats soient liés par le verre, la vitrocéramique ou la céramique en formant des microstructures imperméables aux fluides liquides et gazeux. Eventuellement, on peut appliquer une pression sur le second substrat pendant la cuisson afin d'assurer un meilleur contact entre les substrats et les motifs sérigraphiés, et ainsi d'améliorer la qualité de la liaison, notamment de limiter les risques de fuite au sein des microstructures. Tout comme à l'étape b) décrite pour la réalisation des dispositifs microfluidiques ouverts, la température de cuisson doit être supérieure à la température de fusion du matériau précurseur et être inférieure à la température de fusion du substrat ayant la température de fusion la plus basse. De préférence lorsque les substrats sont en verre, la température de cuisson est inférieure à la température inférieure de recuisson du substrat ayant la température inférieure de recuisson la plus basse augmentée de 200 . De la même manière, la durée de la cuisson varie de 1 à 50 minutes, de préférence 3 à 20 minutes. Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, des espaceurs peuvent être disposés entre les substrats dans le but de maintenir constante la distance qui les sépare. Les espaceurs sont généralement placés sur l'un et/ou l'autre substrat, avant que ceux-ci soient assemblés et cuits pour les lier ensemble. Ils sont de préférence disposés sur le premier substrat. Les espaceurs peuvent être introduits dans le matériau précurseur avant l'application sur le(s) substrats, par exemple sous la forme de particules de taille adaptée à l'espacement recherché et constituées d'un matériau qui résiste à la cuisson. De préférence, les particules sont sphériques. Les espaceurs peuvent aussi être introduits dans un mélange précurseur identique ou différent de celui qui constitue le(les) motif(s) et appliqué 2905690 séparément à l'extérieur des motifs, par exemple dans les zones de séparation des motifs (entre les motifs) ou dans la zone périphérique du premier et/ou du deuxième substrat. Le mélange peut être déposé sous la forme de points, de lignes continues ou discontinues sur tout ou partie de la zone précitée. Les espaceurs peuvent encore être des éléments distincts de forme et de dimension appropriés, par exemple des billes, des cylindres ou des éléments cruciformes que l'on dépose à la surface d'un des substrats. Le cas échéant, les espaceurs peuvent être maintenus en place par le biais d'une matière adhésive ne laissant pas de résidu après la cuisson. Les procédés de l'invention peuvent comprendre, en sus des étapes décrites ci-dessus, les étapes suivantes : - la découpe du(des) substrat(s), en particulier lorsque plusieurs motifs sérigraphiés sont présents. Dans le cas de dispositifs microfluidiques ouverts, la découpe peut être effectuée sur le substrat après l'étape a) de dépôt du mélange, ou sur le substrat après l'étape b) de cuisson. Dans le cas de dispositifs microfluidiques fermés, la découpe peut intervenir sur le premier et/ou le deuxième substrat. De préférence, la découpe du premier substrat est effectuée après l'étape a) ou b), avantageusement après l'étape d), et la découpe du deuxième substrat est effectuée après l'étape d). Selon une première variante de réalisation, on découpe le premier substrat après l'étape a), de préférence après l'étape b), et on l'assemble avec un deuxième substrat de dimension sensiblement identique au premier substrat découpé. Selon une deuxième variante de réalisation, on découpe les deux substrats après l'étape d). La découpe peut être effectuée par tout moyen connu, par exemple au moyen d'un dispositif à molettes diamantées, ou à l'aide d'un laser. Elle est généralement réalisée entre les motifs, à une distance adaptée au mode de découpe choisi, dans des zones qui peuvent avoir subi un traitement visant à fragiliser le substrat (par exemple une préfissure) ou qui ont été matérialisées par exemple par un motif de sérigraphie adapté (la découpe étant effectuée sur le motif), 2905690 11 - le perçage d'évidemment(s) dans le substrat pour mettre en relation la(les) microstructure(s) et l'extérieur et permettre ainsi l'entrée et la sortie des fluides. Les orifices peuvent se situer sur l'un et/ou l'autre des substrats. De préférence le perçage est effectué sur le substrat avant l'étape a) ou après l'étape b) pour les dispositifs ouverts, et sur le premier substrat avant l'étape a) et/ou sur le deuxième substrat après l'assemblage pour les dispositifs fermés, - l'application d'au moins un film polymère sur au moins l'une des faces du(des) dispositif(s) microfluidique(s), notamment pour renforcer la résistance aux chocs du dispositif microfluidique, - le traitement chimique ou physique de la surface interne d'au moins une microstructure, par exemple pour améliorer la compatibilité avec les fluides utilisés, tel qu'un traitement hydrophile ou lipophile, - l'insertion de pièces rapportées, par exemple des électrodes, des aimants, des valves, des joints et des éléments de connexion de toute nature. De manière particulièrement avantageuse, la fabrication de(s) dispositif(s) microfluidique(s) ouvert(s) est réalisée par le procédé qui consiste à: - déposer par sérigraphie un mélange d'au moins une fritte de verre et d'un médium organique sur un substrat en verre revêtu d'une couche fonctionnelle pour former une pluralité de motifs sérigraphiés, identiques ou différents, - cuire lesdits motifs sérigraphiés, - découper le substrat entre les motifs et collecter les dispositifs microfluidiques, et - éventuellement appliquer un film polymère à la surface d'un ou plusieurs dispositifs microfluidiques pour fermer tout ou partie des microstructures. De manière particulièrement avantageuse, la fabrication de(s) dispositif(s) microfluidique(s) fermé(s) est réalisée par le procédé qui consiste à: - déposer par sérigraphie un mélange d'au moins une fritte de verre et d'un médium organique sur un substrat en verre revêtu d'une couche fonctionnelle discontinue pour former une pluralité de motifs sérigraphiés, identiques ou différents, 2905690 12 - sécher le(lesdits) motif(s) sérigraphié(s) à une température suffisante pour permettre l'élimination du médium organique, - déposer un second substrat en verre de dimension comparable au premier substrat sur lesdits motifs, ledit second substrat comportant de préférence au moins un évidement, - cuire l'assemblage obtenu à une température permettant de lier par fusion le matériau précurseur et les substrats, et - découper les substrats entre les motifs et collecter les dispositifs microfluidiques. Dans l'un ou l'autre des procédés particulièrement avantageux précités, la couche fonctionnelle est conductrice de l'électricité. Les dispositifs microfluidiques obtenus conformément à l'invention présentent des microstructures ayant une section sensiblement carrée ou rectangulaire, qui peut être légèrement arrondie au niveau du premier substrat, ayant une profondeur pouvant aller jusqu'à 1000 pm, de préférence comprise entre 5 et 200 pm, et avantageusement comprise entre 10 et 100 pm. Les dispositifs entièrement en verre sont intéressants en ce que le ou les substrats qui les constituent ont une épaisseur faible et sont transparents, ce qui permet leur utilisation dans des techniques de détection optique. L'invention sera mieux comprise par référence aux figures suivantes. La figure 1 décrit de façon schématique les étapes du procédé permettant la fabrication de dispositif(s) microfluidique(s) ouvert(s) selon trois variantes. Selon la première variante, on dispose sur le substrat nu A un écran de sérigraphie (non représenté) sur lequel sont reproduits les motifs désirés et on fait passer un mélange précurseur de verre, de vitrocéramique ou de céramique au travers de l'écran au moyen d'un râcle. On forme ainsi des motifs 1 sérigraphiés sur le substrat. Le substrat est ensuite traité thermiquement de manière à réaliser la fusion du mélange précurseur et à le lier durablement au substrat. Le dispositif microfluidique 10 renferme les microstructures 2. Selon la deuxième variante, le substrat A est revêtu d'une couche fonctionnelle 3, par exemple conductrice de l'électricité. On dépose des motifs 1 sérigraphiés dans les conditions de la première variante et on traite thermiquement le substrat pour former le dispositif microfluidique 10' qui 2905690 13 comprend les microstructures 2' dont la face interne inférieure est revêtue de la couche fonctionnelle 3. Dans cette variante, un film polymère 4 est appliqué sur les motifs 1 après cuisson (face supérieure) de manière à constituer un couvercle (dispositif 10'a), sur le substrat en verre (face inférieure) pour servir notamment de renforcement (dispositif 10'b) ou sur les faces inférieure et supérieure (dispositif 10'c). Selon la troisième variante, le substrat B comporte des microstructures 5 gravées à la surface, par exemple des microcanaux. Sur le substrat, on dépose des motifs 1 sérigraphiés dans les conditions de la première variante, en disposant les motifs en regard des microstructures, et on traite thermiquement le substrat pour former le dispositif microfluidique 10". Les microstructures 2" ainsi obtenues présentent un volume important. La figure 2 décrit, également de façon schématique, les étapes du procédé permettant la fabrication de dispositif(s) microfluidique(s) fermé(s) et les divers dispositifs microfluidiques que l'on peut obtenir. Le substrat peut être un substrat nu A, un substrat A revêtu d'une couche fonctionnelle 3 ou un substrat B comportant des microstructures 5 gravées à la surface. Sur le substrat précité, on dépose des motifs 1 sérigraphiés dans les conditions décrites dans la premièrevariante de la figure 1. On traite thermiquement le substrat pourvu des motifs à une température assurant l'élimination du médium et la consolidation des motifs 1 sérigraphiés. On assemble le substrat revêtu des motifs 1 avec un deuxième substrat qui peut être un substrat nu A, un substrat A revêtu d'une couche fonctionnelle continue 3', un substrat A portant des motifs sérigraphiés 1' ou un substrat B comportant des microstructures 4' gravées. L'association des substrats est traitée thermiquement à une température adaptée pour fondre le matériau précurseur de verre, de vitrocéramique ou de céramique et le lier aux substrats. Les dispositifs microfluidiques susceptibles d'être obtenus en combinant les différents substrats sont notés de 100a à 100i. L'exemple de réalisation donné ci-après permet d'illustrer l'invention sans toutefois la limiter.

2905690 14 EXEMPLE 1 Sur une feuille de verre silico-sodo-calcique (dimensions : L = 10 cm ; I = 10 cm ; épaisseur = 0,7 mm), on forme une série de 2 motifs identiques par sérigraphie, chaque motif correspondant à un dispositif microfluidique en forme de H composé de deux rectangles de 2 cm x 1 cm espacés de 4 cm et reliés en leur milieu par une ligne de 0,2 cm de large. Pour réaliser les motifs, on utilise une pâte de sérigraphie qui est obtenue en mélangeant dans un disperseur à disque fonctionnant à une vitesse de 3000 tours par minutes 34 parts en poids d'un médium à base d'huile de ricin et d'agents thixotropes (référence 80840, commercialisé par FERRO) et 100 parts en poids de fritte de verre zinc-borate sans plomb à bas point de fusion (d50 = 5 pm ; référence VN821 BJ commercialisé par FERRO). Le mélange est déposé sur la feuille de verre au moyen d'un écran de sérigraphie composé de 80 à 200 fils en polyester par centimètre sur une épaisseur de l'ordre de 15 micromètres. Il est ensuite séché à 100 C pendant quelques minutes. Sur la feuille de verre portant les motifs sérigraphiés, on place une deuxième feuille de verre silico-sodo-calcique de même dimension que la première feuille, munie de trous circulaires débouchant dans les rectangles définis ci-dessus (2 trous par rectangle ; 4 trous par motif). L'ensemble formé par les deux feuilles est introduit dans un four et chauffé dans les conditions suivantes : élévation de la température à 600 C à la vitesse de 10 C par minute, maintien à 600 C pendant 5 minutes et refroidissement à la température ambiante à la vitesse de 10 C par minute. L'ensemble est découpé par un laser entre les motifs sur les deux feuilles de verre et les dispositifs microfluidiques sont collectés. Les canaux de ces dispositifs ont une profondeur de l'ordre de 10 micromètres.

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un dispositif microfluidique comprenant un substrat pourvu d'au moins une microstructure, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) déposer par sérigraphie un mélange d'un matériau précurseur de verre, d'une vitrocéramique ou d'une céramique, et d'un médium organique sur ledit substrat en un matériau choisi parmi le verre, la vitrocéramique et la céramique, pour former au moins un motif sérigraphié selon un modèle désiré, chaque motif correspondant à un dispositif microfluidique, et b) cuire le(s) motif(s) sérigraphié(s) à une température permettant de lier par fusion le matériau précurseur au substrat.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de découpe du substrat après l'étape a).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la découpe est effectuée après l'étape b).

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat est revêtu d'une couche fonctionnelle sur tout ou partie de la face sur laquelle est déposé le mélange de sérigraphie.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat comporte des microstructures sur tout ou partie de la face sur laquelle est déposé le mélange de sérigraphie.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un étape de perçage d'au moins un évidement dans le substrat pour mettre en relation la(les) microstructure(s) et l'extérieur.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le perçage est réalisé sur le substrat avant l'étape a) ou après l'étape b).

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement chimique ou physique de la surface interne d'au moins une microstructure.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'au moins un film polymère sur au moins l'une des faces du(des) dispositif(s) microfluidique(s).

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, qui consiste à : 2905690 16 - déposer par sérigraphie un mélange d'au moins une fritte de verre et d'un médium organique sur un substrat en verre revêtu d'une couche fonctionnelle pour former une pluralité de motifs sérigraphiés, identiques ou différents, - cuire lesdits motifs sérigraphiés, - découper le substrat entre les motifs et collecter les dispositifs microfluidiques, et -éventuellement appliquer un film polymère à la surface d'un ou plusieurs dispositifs microfluidiques pour fermer tout ou partie des microstructures.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche fonctionnelle est une couche conductrice de l'électricité.

12. Procédé de fabrication de dispositifs microfluidiques comprenant au moins deux substrats et au moins une microstructure, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) déposer par sérigraphie un mélange d'un matériau précurseur de verre, d'une vitrocéramique ou d'une céramique, et d'un médium organique sur un premier substrat pour former au moins un motif sérigraphié selon un modèle désiré, ledit premier substrat étant en un matériau choisi parmi le verre, la vitrocéramique et la céramique, et chaque motif correspondant à un dispositif microfluidique, b) éventuellement sécher le(lesdits) motif(s) sérigraphié(s) à une température suffisante pour permettre l'élimination du médium organique, c) déposer un second substrat en un matériau choisi parmi le verre, la vitrocéramique et la céramique, identique ou différent dudit premier substrat, sur le(s) motif(s) sérigraphié(s), et d) cuire l'assemblage obtenu à une température permettant de lier par fusion le matériau précurseur et les substrats.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de découpe du premier substrat et/ou du deuxième substrat.

14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en que la découpe du premier substrat est effectuée après l'étape a), de préférence après l'étape b), et la découpe du deuxième substrat est effectuée après l'étape d). 2905690 17

15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le premier substrat est revêtu d'une couche fonctionnelle ou comporte des microstructures sur tout ou partie de la face sur laquelle est déposé le mélange de sérigraphie.

16. Procédé selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le deuxième substrat est revêtu d'une couche fonctionnelle, revêtu de motifs sérigraphiés à partir d'un mélange d'un matériau précurseur de verre, de vitrocéramique ou de céramique et d'un médium organique, ou comporte des microstructures, sur tout ou partie de la face sur laquelle est déposé le mélange de sérigraphie.

17. Procédé selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'on dispose des espaceurs avant l'assemblage des substrats.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les espaceurs sont introduits dans le mélange de sérigraphie, ou sont déposés sous la forme d'une fritte de verre sur le premier substrat et/ou le deuxième substrat.

19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la fritte de verre est déposée à l'extérieur du motif ou entre les motifs.

20. Procédé selon l'une des revendications 12 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de perçage d'au moins un évidement dans le premier substrat et/ou le deuxième substrat pour mettre en relation la(les) microstructure(s) et l'extérieur.

21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le perçage est réalisé sur le premier substrat avant l'étape a) et/ou sur le deuxième substrat avant l'assemblage des substrats.

22. Procédé selon l'une des revendications 12 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'au moins un film polymère sur au moins l'une des faces du(des) dispositif(s) microfluidique(s).

23. Procédé selon l'une des revendications 12 à 22, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement chimique ou physique de la surface interne d'au moins une microstructure.

24. Procédé selon l'une des revendications 12 à 23, qui consiste à : -déposer par sérigraphie un mélange d'au moins une fritte de verre et d'un médium organique sur un substrat en verre revêtu d'une couche 2905690 18 fonctionnelle discontinue pour former une pluralité de motifs sérigraphiés, identiques ou différents, - sécher le(lesdits) motif(s) sérigraphié(s) à une température suffisante pour permettre l'élimination du médium organique, - déposer un second substrat en verre de dimension comparable au premier substrat sur lesdits motifs, ledit second substrat comportant de préférence au moins un évidement, - cuire l'assemblage obtenu à une température permettant de lier par fusion le matériau précurseur et les substrats, et - découper les substrats entre les motifs et collecter les dispositifs microfluidiques.

25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que la couche fonctionnelle est une couche conductrice de l'électricité.