EP2143948A2 - Microfluidic system for displacement of a fluid - Google Patents

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EP2143948A2
EP2143948A2 EP20090164655 EP09164655A EP2143948A2 EP 2143948 A2 EP2143948 A2 EP 2143948A2 EP 20090164655 EP20090164655 EP 20090164655 EP 09164655 A EP09164655 A EP 09164655A EP 2143948 A2 EP2143948 A2 EP 2143948A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
microchannel
displacement device
interface
fluid
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.)
Withdrawn
Application number
EP20090164655
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Yves Fouillet
Olivier Fuchs
Raymond Campagnolo
Jean-Maxime Roux
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/006Micropumps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
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    • B01L3/50273Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • Y10T137/2191By non-fluid energy field affecting input [e.g., transducer]
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    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/206Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/2224Structure of body of device

Definitions

  • the present invention relates to the general field of microfluidics and relates to a microchannel liquid displacement device.
  • the invention applies in particular to the injection of liquid out of the device provided for this purpose, for the purpose of performing biochemical, chemical or biological analyzes, or for therapeutic purposes.
  • Microfluidics has been a field of research that has been booming for the past ten years, mainly because of the development and development of chemical or biological analysis systems, called lab-on-chips .
  • microfluidics can effectively handle small volumes of liquid. It is then possible to perform on the same support all the steps of analysis of a liquid sample, in a relatively short time and using small volumes of sample and reagents.
  • handling small volumes of liquid sometimes requires an injection of a defined volume of liquid in a given area.
  • an application may require injecting a defined volume of liquid into the body of a patient for the purpose of treatment or for the purpose of establishing a diagnosis.
  • the liquid can then be a drug, a radioactive tracer, or any other suitable substance.
  • a liquid displacement device for injecting it into a medium outside the device is necessary. It is essential that the displacement device presents no risk, in terms of safety, for the body or the area intended to receive the liquid to be injected. In addition, it is essential to control both the amount of liquid injected and the injection rate.
  • a microchannel A10 comprises an inner wall whose lower and upper faces each comprise a flat electrode A31, A32 extending along the longitudinal axis of the microchannel and disposed facing one another.
  • An insulating liquid plug AF 1 is located between these electrodes, surrounded upstream and downstream along the longitudinal axis by an insulating surrounding fluid AF 2 .
  • a liquid droplet a big drop length contained in a channel or tube.
  • upstream and downstream are defined with reference to the X direction parallel to the axis of the microchannel A10.
  • the AF 1 liquid plug has a higher permittivity value than the surrounding fluid AF 2 .
  • An electric field is generated between the two electrodes A31 and A32, which has a gradient along the longitudinal axis of the microchannel. For this, a potential difference is applied to the ends of the electrode A31 while the potential of the electrode A32 is fixed.
  • the displacement of the liquid plug AF 1 along the longitudinal axis of the microchannel A10 is then obtained by dielectrophoresis. More precisely, the displacement results from the appearance of a so-called dielectrophoretic force resulting from the difference in permittivity between the liquid plug AF1 and the surrounding fluid AF 2 , and the electric field gradient resulting from the applied voltages.
  • the dielectrophoretic force tends to attract the high permittivity liquid, here the liquid AF 1 , to the high intensity areas of the electric field.
  • the variation of the applied voltages makes it possible to control the displacement of the liquid plug AF 1 , and consequently of the surrounding fluid AF 2 , along the longitudinal axis of the channel A10.
  • the microchannel A10 further has at one end A12B an opening A11B for ejection by spraying a liquid AF 3 .
  • the spray liquid AF 3 is placed between the AF fluid 2 and the opening A11B.
  • the displacement of the liquid plug AF 1 towards the end A12B of the microchannel A10 causes a displacement of the liquid AF 3 in the same direction and the spraying thereof in the form of droplets through the opening A11B.
  • the liquid ejection device according to the prior art has a number of disadvantages.
  • Dielectric pumping by dielectrophoresis requires the use of high electrical voltages, which may be limiting depending on the applications of the ejection device.
  • the device according to the prior art obviously has a security problem.
  • the dielectrophoretic force depends on the height d of the dielectric at (d -1 ) , that is the height of the insulating liquid plug AF1 between the electrodes A31 and A32.
  • d the height of the dielectric at (d -1 )
  • the power consumption is important to produce a high intensity electric field.
  • the operating principle of the dielectric pump makes the device according to the prior art limited to the use of two dielectric liquids AF 1 and AF 2 and excludes any electrically conductive liquid.
  • the arrangement of the electrodes A31 and A32 forms the air gap of a planar capacitor.
  • the device is then limited to a microchannel of rectangular cross section.
  • a square cross section would show edge effects of the electric field that would penalize the dielectrophoretic force and therefore the operation of the device according to the prior art.
  • the arrangement of the electrodes A31 and A32 in a microtube, that is to say a microchannel with circular cross section, is not feasible in a simple manner.
  • the object of the present invention is to remedy at least in part the aforementioned drawbacks and to provide in particular a liquid displacement device whose displacement is obtained by the generation of a low intensity electric field.
  • the invention relates to a liquid displacement device, comprising at least one substrate comprising a microchannel, said microchannel having a first end and a second end, substantially opposite one another in the longitudinal direction. the microchannel, an opening on the surrounding medium being located substantially at said second end.
  • the device comprises means for moving the first liquid by electrowetting, the first liquid being electrically conductive and the electrically insulating fluid, the displacement of the first liquid inducing the displacement of the second liquid, via the fluid, through said opening.
  • the substrate comprising the control portion being electrically conductive the first electrically conductive means comprises the conductive substrate.
  • the microchannel comprises an injection portion extending substantially from the opening towards the control portion, said second interface being located in the injection portion.
  • a stack of a first layer of a dielectric material, an electrically conductive means that can be brought to a determined potential, and a second layer of a dielectric material is disposed on the inner wall of the injection portion so as to electrically isolate the second liquid from the conductive substrate.
  • Each element of said stack has a substantially equal length in the longitudinal direction of the injection portion.
  • said first electrically conductive means comprises at least one at least one electrode disposed on at least a portion of the wall in the longitudinal direction of the microchannel and located in the control portion.
  • said first electrically conductive means comprises an electrode extending over the entire length of the control portion.
  • the liquid displacement device comprises a reservoir communicating with the microchannel through an opening located at the first end and containing said first conductive liquid.
  • Said first electrically conductive means may comprise an array of electrodes extending over the entire length of the control portion.
  • the first liquid forms a liquid plug surrounded by fluid so as to form a rear interface and a front interface, the two interfaces being located in the control portion.
  • the displacement of the first interface towards the first end of the microchannel causes aspiration of the second liquid through the opening towards the first end.
  • Said electrode may comprise two parts parallel to each other.
  • said electrode extends over the entire perimeter of the control portion.
  • said electrode comprises only a part whose circumferential surface is substantially continuous.
  • said layer of dielectric material is covered directly with a layer of hydrophobic material.
  • the microchannel may have a convex polygonal cross section.
  • the microchannel may have a substantially circular cross section.
  • the microchannel has a plurality of control portions arranged in series, each control portion being partially filled with the first liquid and fluid.
  • the microchannel has a plurality of control portions arranged in parallel, each control portion being partially filled with the first liquid and fluid.
  • the longitudinal axis of the control portions may be substantially perpendicular to the longitudinal axis of the injection portion.
  • the height of the injection portion is substantially greater than the height of the control portion.
  • the height of the injection portion is between substantially 10 and 50 times the height of the control portion.
  • a connecting portion may connect the control portion to the injection portion, the connector portion being filled with fluid only.
  • the microchannel comprises an injection portion extending substantially from the opening towards the control portion, said second interface being located in the injection portion.
  • a second liquid filling system is then connected to the microchannel at the injection portion, and comprises a reservoir filled with a second liquid communicating with the injection portion via a valve.
  • said filling system comprising a tank filled with second liquid communicating with the microchannels via a valve.
  • Said valve may be a four-way valve.
  • the flow of second liquid through the opening may be constant.
  • the liquid displacement device comprises a system for controlling the displacement of the first liquid as a function of the position of the first interface or the second fluid interface located in the microchannel, said system for controlling the displacement of the first liquid comprising a capacitive measuring device for controlling the displacement of the first liquid as a function of the value of the measured capacitance.
  • the capacitive measuring device may comprise calculation means, connected to the measurement means, for determining the position of the interface as a function of the value of the measured capacitance.
  • the capacitive measuring device may comprise control means, connected to the calculation means and to the first voltage generator, for controlling the value of the potential difference applied by the latter.
  • the second liquid being electrically conductive
  • a layer of a dielectric material covers the detection means.
  • the second liquid is dielectric, whose value of the permittivity is different from that of the fluid.
  • the measuring means comprise a capacitor connected in series with the detection means, and a voltmeter for measuring the voltage across said capacitor.
  • the measuring means comprise an impedance analyzer.
  • Said detection means may comprise a plurality of elementary detection electrodes.
  • said substrate can be brought to a potential determined by an electrically conductive means.
  • a device according to the invention implements a liquid displacement device, by electrowetting, or more precisely by electrowetting on dielectric.
  • a drop of an electrically conductive liquid F 1 rests on an array of electrodes 30, from which it is isolated by a dielectric layer 40 and a hydrophobic layer 50 ( Figure 2A ). There is therefore a hydrophobic and insulating stack.
  • hydrophobic nature of this layer means that the drop has a contact angle, on this layer, greater than 90 °.
  • the electrodes 30 are themselves formed on the surface of a substrate 20.
  • a counter electrode 70 here in the form of a catenary wire, maintains an electrical contact with the drop F 1 .
  • This counter-electrode can also be a buried wire or a planar electrode in the hood of a confined system.
  • the electrodes 30 and the counter electrode 70 are connected to a voltage source 80 for applying a voltage U between the electrodes.
  • the liquid behaves like a conductor when the frequency of the bias voltage is substantially lower than a cutoff frequency, the latter, depending in particular on the electrical conductivity of the liquid, is typically of the order a few tens of kilohertz (see for example the article of Mugele and Baret entitled “Electrowetting: from basics to applications", J. Phys. Condens. Matter, 17 (2005), R705-R774 ).
  • the frequency is substantially greater than the frequency allowing to exceed the hydrodynamic response time of the liquid F 1 , which depends on the physical parameters of the drop such as the surface tension, the viscosity or the size of the drop, and which is of the order of a few hundred Hertz.
  • the response of the drop F 1 then depends on the rms value of the voltage, since the contact angle depends on the voltage U 2 .
  • the drop can thus be eventually displaced step by step ( Figures 2B and 2C ), on the hydrophobic surface 50, by successive activation of the electrodes 30 (1), 30 (2), etc., along the catenary 70.
  • the figure 3 illustrates the phenomenon of displacement of a liquid by electrowetting in a closed or confined type device comprising a microchannel.
  • the microchannel 10 is partially filled with the conducting liquid F 1 forming an interface I 1 with the dielectric fluid F 2 .
  • the electrode array 30 is replaced by a single electrode 30.
  • the electrode 30 When the electrode 30 is not activated, the interface I 1 is static, the liquid F 1 and the fluid F 2 are at rest.
  • the liquid F 1 can thus be displaced on the hydrophobic surface 50 by activation of the electrode 30.
  • the fluid F 2 is then "pushed" by the liquid F 1 .
  • FIG. 4A and 4B show, in longitudinal section, a microfluidic liquid displacement device.
  • the microchannel 10 has a first end 12A comprising a first opening 11A and a second end 12B opposite the first end 12A in the longitudinal direction of the microchannel 10 and comprising a second opening 11B.
  • the microchannel 10 may have a convex polygonal cross section, for example square, rectangular, hexagonal. It is considered here that a square section is a special case of the more general rectangular shape. It can also have a circular cross section.
  • microchannel is taken in a general sense and includes in particular the particular case of the microtube whose section is circular.
  • the terms height and length refer to the size of the microchannel 10 or a portion of the microchannel 10 in the transverse and longitudinal directions, respectively.
  • the height corresponds to the distance between the lower and upper walls of the microchannel, and for a microchannel of circular section, the height designates the diameter thereof.
  • a control electrode 30 is disposed directly on at least one face of the inner wall 15 of the substrate 20, and extends in the longitudinal direction of the microchannel 10. It is said buried. The electrode 30 extends over part or all of the perimeter of the microchannel 10.
  • the insulating layer 40 and the hydrophobic layer (not shown) which cover the electrode 30 may be a single layer combining these two functions, for example a parylene layer.
  • the counter-electrode 70 is introduced into the liquid F 1 at the reservoir 60, in the form of one or more points of electrical contact with the conducting liquid F1. It can also be a catenary in the form of an electrically conductive wire, for example Au (shown in FIG. figure 5 ).
  • the voltage source 80 preferably an alternating voltage, is connected to the electrode 30 and the counter-electrode 70.
  • the frequency is preferably between 100 Hz and 10 kHz, preferably of the order of 1 kHz.
  • the response of the liquid F 1 depends on the effective value of the applied voltage since the contact angle depends on the voltage U 2 , according to the relationship given above.
  • the rms value can vary between 0V and a few hundred volts, for example 200V. Preferably, it is of the order of a few tens of volts.
  • the length of the electrode 30 in the longitudinal direction of the microchannel 10 defines a control portion 16.
  • the control portion 16 includes a first end 16A towards the first end 12A of the microchannel 10 and a second end 16B towards the second end 12B in the longitudinal direction of the microchannel 10.
  • Injection portion 17 is the portion of the microchannel 10 extending from the second end 12B of the microchannel 10 towards the control portion 16.
  • a reservoir 60 that can contain the liquid F1 can be connected to the microchannel 10 via the opening 11A of the end 12A, and is intended to supply the microchannel 10 with a piston liquid F 1 .
  • the interface I 1 is located in the control portion 16.
  • the triple line of the interface I 1 is contained in a plane substantially transverse to the microchannel 10.
  • the microchannel 10 also comprises a second liquid F 3 , called the liquid of interest, which partially fills the channel from substantially the second end 12B.
  • the second liquid F 3 is in contact with the fluid F 2 .
  • the interface between these two fluids forms an interface I 3 .
  • the interface I 3 is in contact with the inner wall 15 of the microchannel 10.
  • the connection line between the interface I 3 and the wall 15 defines a triple line and a contact angle ⁇ 3 can be measured in the liquid F 3 .
  • the triple line of the interface I 3 is contained in a substantially transverse plane of the microchannel 10.
  • the interface I 3 is located in the injection portion 17, therefore outside the control portion 16.
  • the piston liquid F 1 is electrically conductive and may be an aqueous solution loaded with ions, for example Cl - , K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , others.
  • the piston liquid F 1 can also be mercury, gallium, eutectic gallium, or ionic liquids of the type bmim PF6, bmim BF4 or tmba NTf2.
  • the liquid of interest F 3 can be a liquid suitable for a chemical, biological or medical application.
  • the liquid F 3 may in particular be a medicinal liquid or a liquid containing active agents, molecules or a radioactive tracer.
  • the fluid F 2 is electrically insulating. It may be a gas, for example air, or a liquid such as an alkane, for example hexadecane or undecane, or a silicone or mineral oil, or fluorinated solvents, for example FC-40 ® or the FC-70®. In the case of the silicone oil, the dynamic viscosity is preferably substantially less than about 10cp. Preferably, the fluid F 2 is biologically compatible with the liquid F 3 .
  • the fluid F 2 is immiscible with the piston liquid F 1 and with the liquid of interest F 3 .
  • the microchannel has a length of between 100 ⁇ m and 500 mm, preferably between 500 ⁇ m and 100 mm.
  • the height or the diameter of the microchannel 10 is typically between a few nanometers and 200 ⁇ m, and preferably between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the reservoir can have a capacity of between a few nanoliters and 1ml.
  • the substrate 20 may be silicon or glass, polycarbonate, polymer, ceramic. In the case of a silicon substrate, it is preferable to provide an insulating layer on the surface, this insulating layer may be deposited or result from thermal oxidation.
  • the electrode 30 is obtained by depositing a thin layer of a metal chosen from Au, Al, ITO, Pt, Cu, Cr ... or an Al-Si alloy ... using conventional microtechnologies of the microelectronics, for example by photolithography.
  • the thickness of the electrode is between 10 nm and 1 ⁇ m, preferably 300 nm.
  • the length of the electrode 30 is from a few micrometers to a few millimeters.
  • the electrode 30 is covered with a dielectric layer made of Si 3 N 4 , SiO 2 ... having a thickness of between 100 nm and 3 ⁇ m, preferably between 300 nm and 1 ⁇ m.
  • the dielectric layer of SiO 2 can be obtained by thermal oxidation.
  • a hydrophobic layer may be deposited on the substrate.
  • a Teflon deposit by dipping or spray or SiOC deposited by plasma can be achieved.
  • Hydrophobic silane deposition in the vapor or liquid phase can be carried out. Its thickness will be between 100 nm and 3 ⁇ m, preferably between 300 nm and 1 ⁇ m
  • the interface I 1 is located in the control portion 16. Initially, it is preferably located near the first end 16A of this portion.
  • the activation of the electrode 30 by the voltage source 80 causes the liquid F 1 to move towards the second end 16B of the control portion 16.
  • the liquid F 1 "pushes" the fluid F 2 in the same direction, that is to say towards the second end 12B of the microchannel 10, and at the same time, "pushes" the liquid of F interest 3 .
  • the liquid F 1 substantially covers the electrode 30 in its entirety.
  • the triple line is then no longer subject to the electrowetting force.
  • the contact angle ⁇ 1 increases to its value corresponding to the absence of imposed electric field and the liquid F 1 stops.
  • the liquid F 1 no longer causes the displacement of the fluid F 2 which comes to rest, as well as the liquid of interest F 3 which is then no longer injected.
  • the device according to the invention has a certain number of advantages.
  • the separating fluid F 2 also makes it possible to avoid mixing between the piston liquid F 1 and the liquid of interest F 3 , which could denature the physical, chemical or biological properties of the liquid of interest F 3 .
  • the dielectric separating fluid F 2 allows the use of any type of liquid of interest F 3 , whatever the chemical composition and the electrical conductivity of the latter.
  • control electrode 30 can occupy only a part of the perimeter of the control portion 16.
  • the electrode 30 may comprise an upper part 31 ( Figure 4A ) disposed directly on an upper wall 15S of the microchannel 10, and a lower portion 32 disposed directly on a lower wall 15I of the microchannel 10, the two parts 31 and 32 being parallel to each other.
  • This arrangement is particularly suitable for a rectangular section since the side walls have a surface substantially smaller than that of the upper and lower walls 15S and 15I. The edge effects of the electric field are thus minimized.
  • the electrode 30 may also be disposed over the entire perimeter of the control portion 16.
  • the electrode 30 is then disposed on the set of upper walls 15S, lower 15I and lateral, or in the case of a circular section, over the entire periphery of the control portion 16.
  • This arrangement has the advantage of applying the electrowetting force over the entire triple line of the interface I 1 .
  • the curvature of the interface I 1 is then uniformly modified, which makes the capillary pressure at the interface between the two fluids F 1 and F 2 uniform.
  • the triple line of the interface I 1 remains substantially contained in a transverse plane of the control portion 16.
  • the displacement of the interface I 1 is then more efficient, which allows to obtain a control of the injection rate and the injected volume of the liquid F 3 more accurate.
  • the plane containing the triple line of the interface I 1 would no longer be substantially transversal to the control portion 16.
  • the liquid F 1 could move by example in the direction of the second end 12B of the channel 10 and the fluid F 2 move in the opposite direction, which is to be avoided.
  • an array of independent electrodes 30 is disposed directly on at least one side of the substrate 20, as described above with reference to FIGS. 2A to 2C .
  • a control portion 16 of the microchannel 10 is defined as the portion extending in the longitudinal direction of the microchannel 10 and which comprises the matrix of electrodes 30.
  • the spacing between adjacent electrodes can be substantially between a few micrometers and a few tens of micrometers.
  • the liquid F 1 is in the form of a liquid stopper entirely placed in the control portion 16.
  • the liquid can thus be displaced step by step, on the hydrophobic layer 50 of the control portion 16 by successive activation of the electrodes 30 (1), 30 (2) ... of the electrode matrix.
  • An advantage of this embodiment is that it is possible to control the displacement of the drop of liquid F 1 along the two directions X and -X, depending on the activation of the electrodes 30.
  • the suction of the liquid F 3 may allow the filling of the microchannel 10 F 3 liquid, for example from a liquid tank F 3 , for subsequent use of the device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic representation in longitudinal section of the displacement device, in which the control electrode 30 is replaced by the advantageously polarized substrate 20.
  • the substrate 20 is electrically conductive. It can be made of doped silicon in order to increase its electrical conductivity.
  • the doping can correspond to 5.10 18 atoms / cm 2 in n or in p.
  • An electrode 33 connected to the voltage source 80, is arranged to apply to the substrate 20 and the counter-electrode 70 the determined potential difference.
  • a dielectric layer 40 is directly disposed on a portion of the inner wall 15 of the microchannel 10 so as to electrically isolate the piston liquid F 1 from the polarized substrate 20.
  • the dielectric layer 40 may be directly disposed on the inner wall 15 from the reservoir 60 to the second end 16B of the control portion 16, and the entire perimeter.
  • a hydrophobic layer (not shown) may be directly disposed on the dielectric layer 40.
  • the polarized substrate 20, the dielectric layer 40 and the polarized piston liquid F 1 form a capacitor. Since the piston liquid F 1 partially covers the dielectric layer 40 directly in the control portion 16, a electrowetting force applied to the triple line of the interface I 1 can be generated.
  • a stack 34 of a first dielectric layer 40, an electrode 17E, then a second dielectric layer 40, each having a length in the substantially equal longitudinal direction is disposed directly on the inner wall 15 of the injection portion 17.
  • the electrode 17E can be grounded, so as not to induce electrowetting effects at the triple line of the interface I 3 .
  • FIG. 7 shows a schematic representation in longitudinal section of the displacement device, which comprises a plurality of control portions arranged in series.
  • the third embodiment is an improvement of the first preferred embodiment and has substantially the same components as in the first mode.
  • control portions 16 (1), 16 (2) are arranged in series. However, it is possible to have a number n of control portions 16 without being limited to 2 portions.
  • each control portion 16 (i), where i ⁇ [1, n], has a first end 16A (i) and a second end 16B (i).
  • the control portions 16 (i) are arranged in series along the microchannel 10 so that a second end 16B (i) is located near the first end 16A (i + 1) of the control portion 16 (i + 1) located downstream of the control portion 16 (i).
  • Each control portion 16 (i) is partially filled with piston-conducting liquid F 1 (i), each interface I 2 (i) being initially located between an end 16B (i-1) and 16A (i).
  • a separating fluid F 2 (i) fills the channel 10 between the interface I 1 (i) and I 2 (i + 1).
  • the piston liquid F 1 (i) is in contact with the separating fluid F 2 (i) and forms an interface I 1 (i) according to the same characteristics as in the first embodiment. It is understood that the piston liquid F 1 (i) fills both a portion of the control portion 16 (i) and a portion of the channel located between the control portions 16 (i-1) and 16 (i).
  • the control portion 16 (1) is located near the first end 12A of the microchannel 10, which communicates with a reservoir 60.
  • the control portion 16 (n) is located near the second end 12B of the microchannel 10.
  • the separating fluid F 2 (n) is also in contact with a liquid of interest F 3 which partially fills the microchannel 10 from the second end 12B of the microchannel and towards the second end 16B (n) of the control portion 16 (n).
  • control portions 16 (i) are spaced from each other by a distance of between a few micrometers and a few millimeters.
  • this distance is defined so that the volume between the control portions 16 (i) is substantially equal to the volume defined by each control portion 16 (i), so that the piston liquid F 1 (i) can fill substantially completely the control portion F 1 (i).
  • Each control portion 16 (i) comprises a control electrode (i) or control electrode array (i) as described in the first embodiment.
  • the device comprises a counter electrode 70, intended to carry the conductive liquids F 1 (i) to a determined potential.
  • the counter-electrode 70 is a catenary wire, for example Au. It may be a buried wire or a plurality of planar electrodes arranged facing the electrodes 30 (i).
  • control electrodes 30 (i) and the counter-electrode 70 are connected to a voltage source 80.
  • the electrodes 30 (i) are advantageously activated simultaneously.
  • the third embodiment of the invention has the advantage of increasing the injection pressure of the liquid F 3 .
  • the electrowetting forces applied to the interfaces I 1 (i) add up, which makes it possible to obtain a higher injection pressure of the liquid of interest F 3 .
  • the injection pressure obtained is substantially equal to the number n of interfaces I 1 (i) multiplied by the pressure obtained with a single control portion 16 (i).
  • each device can be used independently, in parallel.
  • several devices obtained according to these same embodiments can be associated according to a matrix structure limited to the control portions.
  • the matrix of control portions may result in a single injection portion, or at least one injection portion, tanks that may be common to several or all of the control portions.
  • This type of association can be obtained by realizing a network of channels 10 and tanks 60 in the plane and / or the thickness of the substrate. These devices can be made on different substrates and then stacked.
  • the figure 8 is a schematic representation in longitudinal section of a liquid displacement device, having a plurality of control portions 16 in parallel.
  • a direct orthogonal reference (X, Y) is represented in the figure 9 , where the direction X is parallel to the longitudinal axis of the control portions 16.
  • a first substrate 21 extends in the direction Y and has a thickness along X.
  • the thickness of the substrate 21 is of the order of a few hundred microns, for example 500 ⁇ m, 700 ⁇ m or 1000 ⁇ m.
  • the first substrate 21 is machined to obtain channels through the thickness of the substrate 21 thus defining control portions 16 (i).
  • the control portions 16 (i) may be arranged in a honeycomb and have a diameter of the order of a few tens of microns.
  • each control portion 16 (i) has a circular cross section, hexagonal or having a shape of the same type.
  • a through channel 17B of large diameter is also produced and disposed near an edge of the substrate 21.
  • the channel 17B is intended to form an injection portion 17B of the injection portion 17 of the microchannel 10.
  • a dielectric layer 40 is disposed on the wall of the substrate 21, more precisely on the inner wall 15 of the control portions 16 (i).
  • the inner wall 15 of the channel 17B may also be covered with the dielectric layer 40.
  • a hydrophobic layer is disposed on the wall of the substrate 21.
  • the channels 16 (i) and 17B can be obtained by plasma etching of the RIE type of the substrate 21.
  • the substrate 21 is for example silicon.
  • the diameter of the control portions 16 (i) is between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably substantially 30 ⁇ m.
  • the diameter of the channel 17B may be of the order of a few hundred microns.
  • the dielectric layer may be SiO 2 obtained by thermal oxidation.
  • the hydrophobic layer may be a plasma deposited SiOC layer. Hydrophobic silane deposition in the vapor or liquid phase may be used. Preferably, the lower face 21I of the substrate 21 is protected from the deposition of the hydrophobic layer so as to maintain a hydrophilic property.
  • a second substrate 22 is arranged to be in contact with the bottom wall 21I of the substrate 21. It has a first opening 2201 which communicates with the control portions 16 (i) and a second opening 2202 which communicates with the channel 17B.
  • the second substrate 22 may be a printed circuit type card, for example FR4, or ceramic, silicon, glass, or polymer such as polycarbonate.
  • a flexible membrane 25 is disposed at the lower face 22I of the substrate 22 so as to close the first opening 2201 at its lower end 22I.
  • the membrane thus defines with the substrates 21 and 22 a reservoir 60 that can contain the liquid F 1 .
  • the flexible membrane may be a thin film of elastomer or a bellows glued to the underside of the substrate 22.
  • a third substrate 23 is disposed on the upper face 21S of the substrate 21.
  • the substrate 23 comprises one or more notches so as to form, in cooperation with the substrate 21, one or more cavities of the microchannel 10. More specifically, a first notch 23E1 of the substrate 23 is disposed substantially opposite the control portions 16 (i) so as to forming a connecting portion 18 of the microchannel 10. A second notch 23E2 is disposed substantially opposite the channel 17B so as to form a storage portion 17A.
  • the storage portion 17A communicates with the injection portion 17B, so as to form together the injection portion 17 of the microchannel 10.
  • the notches 23E1 and 23E2 have a height along Y between 100 ⁇ m and a few millimeters, preferably 1mm.
  • the notch 23E1 may have a lower height than the notch 23E2, to limit the volume of fluid F 2 required.
  • connection portion 18 and the storage portion 17A can communicate with each other via a communication conduit 18C of height between a few tens of microns and a few hundred microns, preferably 100 .mu.m.
  • the third substrate 23 may be silicon or glass. It can be assembled to the first substrate 21 by screen printing glue. Direct sealing can also be achieved by anodic bonding or molecular bonding.
  • a tube 24 comprising a microchannel may be arranged to communicate with the channel 17B of the substrate 21.
  • the microchannel of the tube 24 is intended to extend the channel 17B to facilitate the injection of the liquid in an area to be treated.
  • the component 24 may also be a catheter, a needle comprising a microchannel, or a connection between the channel 17B and a needle or catheter.
  • the liquids F 1 , F 3 and the fluid F 2 fill the microchannel 10 in the following manner.
  • the piston liquid F 1 partially fills the control portions 16 (i) in the direction X.
  • the fluid F 2 fills the connecting portion 18 and the communication conduit 18C. It also partially fills the control portions 16 (i) so as to form an interface I 1 (i) in each control portion 16 (i) with the piston liquid F 1 . It also partially fills the storage portion 17A of the injection portion 17.
  • the liquid of interest F 3 partially fills the storage portion 17A of the injection portion 17 so as to form an interface I 3 with the fluid F 2 .
  • the liquid of interest F 3 also fills the injection part 17B, and at least partially the microchannel of the tube 24.
  • the electrowetting force may be generated, either from the activation of electrodes 30 disposed at the control portions 16 (i), or from the activation of the biased substrate 21.
  • a counterelectrode electrode 70 is arranged, for example, in the tank 60 to carry the piston liquid F 1 to a potential V0.
  • each control portion 16 (i) has the inner wall 15 covered with a layer electrode metal 30.
  • a dielectric layer 40 is deposited on the electrode 30.
  • the electrodes 30 (i) and the counterelectrode 70 are connected to a voltage source 80.
  • the electrodes 30 (i) may be connected to the voltage source 80 via a buried line (not shown) on the surface of the substrate 21 and an electrode 33 connected to the buried line and the source of the voltage.
  • the first substrate 21 is electrically conductive. It can be made of silicon doped so as to increase the electrical conductivity.
  • An electrode 33 is disposed in contact with the substrate 21 to bring it to a determined potential V1.
  • the dielectric layer 40 is arranged to electrically isolate the liquid F 1 from the polarized substrate 21.
  • the substrate 21 and the counter-electrode 70 are connected to a voltage source 80.
  • the operating principle of the displacement device according to the fourth embodiment is identical to that of the first or second preferred embodiment, and is therefore not repeated here.
  • the device then has the advantage of being able to store a large quantity of liquid F 3 .
  • the height of the storage portion 17A can be increased substantially.
  • the sum of the liquid volumes F 1 displaced in the control portions 16 (i) substantially equalizes the liquid volume F 3 displaced.
  • a larger amount of liquid F 3 is moved and injected out of the device according to the invention.
  • liquid displacement device is particularly compact and can be easily integrated in labs on a chip.
  • FIG 9 is a schematic representation in longitudinal section of a portion of the microfluidic liquid displacement device, adapted to minimize the influence of the hysteresis of the contact angle.
  • the hysteresis of the contact angle results from surface defects, such as chemical inhomogeneities or roughness of the surface.
  • the contact angle of a drop placed on a surface is not then unique but between two limit values called advancing angle and recoil angle. Thus, a triple line will only advance (or retreat) from the moment when the contact angle reaches the advancing (or receding) angle.
  • the figure 9 shows a portion of the microchannel 10.
  • the interface I 3 located in the injection portion, is at rest (dashed line) and forms at the wall a contact angle ⁇ 3 between the recoil angle ⁇ 3, R and the advancing angle ⁇ 3, A.
  • the interface I 3 will gradually deform without the triple line is back, as long as the angle of contact ⁇ 3 remains different from the recoil angle ⁇ 3, R.
  • ⁇ 3 is equal to ⁇ 3, R , the triple line moves back towards the second end 12B of the microchannel 10.
  • the existence of the recoil angle ⁇ 3, R introduces a kind of pressure barrier to be crossed in order to move the triple line of the interface I 3 and then the liquid F 3 . If the pressure force exerted by the liquid F 1 on the liquid F 3 via the fluid F 2 is insufficient to exceed this pressure barrier, the hysteresis then prevents the displacement of the triple line of the liquid F 3 , and therefore blocks the movement of the liquid F 1 . The displacement device is then rendered inoperative.
  • the triple line of the interface I 3 and then the liquid F 3 are set in motion when the contact angle ⁇ 3 reaches the value of the recoil angle ⁇ 3, R.
  • the fluid F 2 is compressible, a delay time is introduced during which the flow rate of the liquid F 3 through the second opening 11B is not equivalent to the flow rate of the liquid F 1 . This can disrupt the control of the amount of liquid F 3 injected out of the device.
  • the height H of the injection portion 17 is made substantially larger than the height h of the control portion 16.
  • the pressure related to hysteresis phenomena is proportional to H -1 .
  • the height H can be between 5h and 50h, preferably 10h.
  • a connecting portion 18 of the microchannel 10 connects the control portion 16 to the injection portion 17, more precisely the second end 16B of the control portion 16 is connected to the injection portion 17.
  • the connecting portion 18 is filled only with separating fluid F 2 .
  • the pressure barrier induced by the hysteresis at the triple line of the interface I 3 is then substantially reduced. This reduces the risk of blocking the movement of the liquid F 1 and the delay time of setting in motion the triple line of the interface I 3 .
  • FIGS. 10A and 10B are diagrammatic representations in longitudinal section of a microfluidic liquid displacement device for which the injection portion 17 of the microchannel can be simply filled, after dispensing liquid F 3 , with the same liquid of interest F 3 .
  • the device thus adapted is then able to be used several times.
  • a liquid displacement device as described herein is considered here. in the Figure 4A .
  • a device as described in Figures 5 to 9 can also be used.
  • the filling system 90 comprises a reservoir 91 of liquid of interest F 3 connected to the injection portion 17 of the microchannel 10 via an L-shaped three-way valve 92.
  • the liquid of interest F 3 stored in the reservoir 91 is injected or aspirated by means of a pump or a syringe pump (not shown).
  • the three-way L-shaped valve 92 is disposed in the injection portion 17, near the second end 12B, and thus divides the injection portion into two portions, a first storage portion 17A and a second portion 17B of injection.
  • the first storage portion 17A is the portion of the injection portion 17 between the control portion 16 and the valve 92. It comprises the interface I 3 .
  • the second injection portion 17B is the portion of the injection portion 17 between the valve 92 and the second end 12B of the microchannel 10. It is filled with liquid F 3 .
  • the valve can occupy two different states.
  • a first state is a filling state in which the first storage portion 17A communicates with the reservoir 91.
  • a second state is an injection state in which the first storage portion 17A communicates with the second injection portion 17B.
  • Control means make it possible to switch the L-shaped three-way valve in one of the two defined states.
  • the switching is effected according to the position of the interface I 1 in the control portion 16.
  • the valve 92 switches to his injection state.
  • the valve 92 switches to its filling state.
  • the operation of the liquid displacement device according to the sixth embodiment is as follows.
  • the interface I 1 is initially located near the first end 16A of the control portion 16.
  • the liquid F 3 substantially fills the first storage portion 17A of the injection portion 17 and the valve 92 is in the injection state.
  • the reservoir 91 is then placed in communication with the storage portion 17A of the injection portion 17.
  • the liquid of interest F 3 stored in the tank 91 then progressively fills the storage portion 17A of the injection portion 17, under the pressure force exerted on the liquid F 3 in the tank 91.
  • valve 92 switches to its injection state. It then suffices to impose an electric field between the electrode 30 and the counter-electrode 70 so that, because of the displacement of the interface I 1 , the liquid of interest F 3 is injected out of the device.
  • the device for moving liquid is adapted to continuously dispense the liquid of interest F 3 .
  • the liquid displacement device comprises two devices D1 and D2 as described in FIG. Figure 4A and a reservoir 91 containing the liquid of interest F 3 .
  • Each direction X i is parallel to the longitudinal axis of the control portion 16 and oriented towards the injection portion 17.
  • the devices D1 and D2 and the tank 91 are connected to each other by a four-way valve 94 at 90 °.
  • the devices D1 and D2 have, in common, downstream of the valve 94, the injection portion 17B of the injection portion 17.
  • Both devices D1 and D2 have a structure and operation similar to that described with reference to Figures 10A and 10B . The different features will be simply detailed here.
  • the valve 94 can switch to two different states.
  • a first state corresponds to the liquid injection F 3 of the device D1 and to the liquid filling F 3 of the device D2.
  • the valve 94 communicates, on the one hand the storage portion 17A of the device D1 with the injection portion 17B, and on the other hand the tank 91 with the storage portion 17A of the device D2.
  • the second state corresponds, on the contrary, to the liquid filling F3 of the device D1 and to the liquid injection F3 of the device D2.
  • the valve 94 communicates, on the one hand the storage portion 17A of the device D2 with the injection portion 17B, and on the other hand the tank 91 with the storage portion 17A of the device D1.
  • the operating principle is as follows.
  • the device D1 dispenses the liquid F 3 from its storage portion 17A, the valve 94 then occupying the first state.
  • the valve 94 switches to its second state ( Figure 11B ), the electric field of the device D2 is activated.
  • the device D2 then dispenses the liquid F 3 from its storage portion 17A while the reservoir 91 fills the liquid F 3 the storage portion 17A of the device D1.
  • liquid of interest F 3 is dispensed out of the device according to the invention continuously and not in a jerky manner.
  • This device makes it possible to inject liquids of interest F3 that can not be previously stored together in a tank.
  • FIGS 12A to 13B are schematic representations of the liquid displacement device comprising a system for controlling the displacement of the piston liquid F 1 , in order to precisely control the quantity of liquid of interest F 3 injected.
  • the Figures 12A and 12B represent the displacement device for which the displacement of the liquid F 1 depends on the position of the interface I 1 .
  • FIGS. 13A and 13B show variants of the embodiments shown in the Figures 12A and 12B , for which the displacement of the liquid F 1 depends on the position of the interface I 3 .
  • the servo system comprises a measuring device capacitive to determine the position of the interface I 1 and control the movement of the liquid F 1 .
  • the capacitive measurement position determining device is connected to the electrode 30 and the counter electrode 70.
  • the frequency thereof is preferably remote from that of the voltage supplied by the voltage source 80. It is advantageously one hundred times higher. For example, it may be of the order of a few hundred kilohertz if the frequency of the voltage supplied by the voltage source 80 is of the order of a few kilohertz.
  • the amplitude is preferably of the order of ten to one hundred times smaller than that of the voltage delivered by the voltage source 80, and is preferably of the order of about ten volts.
  • a capacitance 141B is put in series with the electrode 30 to form a capacitive divider.
  • the value of the capacity 141B can be between 10pF and 500pF, and is preferably 100pF.
  • a voltmeter 141A measures the voltage across the capacitor 141B.
  • the measured voltage is transmitted to computing means 142 of the position of the interface I 1 .
  • the calculation means 142 calculate the value of the capacitance formed between the polarized liquid F 1 and the electrode 30 and deduce from this the degree of overlap of the dielectric layer 40 by the liquid F 1 . From the recovery rate and knowing the position of the dielectric layer 40, the calculation means 142 determine the position of the interface I 1 in the microchannel 10.
  • control means 152 These are connected to the voltage source 80, and make it possible to vary the value of the voltage generated.
  • the variation of the voltage generated by the voltage source 80 makes it possible in particular to control the speed of movement of the liquid F 1 .
  • the calculation means 142 and the control means 152 are for example arranged on a printed circuit (not shown).
  • the servo system makes it possible to control the displacement of the liquid F 1 as a function of the position of the interface I 1 detected by capacitive measurement.
  • the voltage source 80 activates the electrode 30 and allows the liquid F 1 to move .
  • the activation of the voltage source 180 makes it possible to measure the capacitance formed between the polarized liquid F 1 and the electrode 30.
  • the voltmeter 141A of the capacitive measuring device measures the voltage at the terminals of the capacity 141B and sends the measured signal to the calculation means 142.
  • the calculation means 142 of the position of the interface I 1 make it possible to obtain from the measured voltage the rate of recovery by the liquid F 1 of the dielectric layer 40 and deduce therefrom the position of the interface I 1 .
  • the position of the interface I 1 is transmitted to the control means 152.
  • control means 152 determine the value of the potential difference to be applied by the voltage source 80.
  • the electrowetting force thus causes the displacement of the liquid F 1 in the direction X which "pushes" in the same direction the fluid F 2 , and thus the liquid F 3 .
  • the figure 12B shows a variant of the embodiment shown in the figure 12A .
  • An array of electrodes 30 is disposed on one side of the microchannel 10.
  • the counter-electrode 70 is here an electrode formed on a part of the inner wall 15 of the microchannel 10 facing the electrode matrix 30. It may, however, be a catenary wire ( figure 2 ) or buried wire.
  • Switching means 121 are provided for activating an electrode 30 (i) of the electrode matrix 30. Their closure makes contact between the electrode 30 (i) and the voltage source 80.
  • the switching means 121 are controlled by an activation driver (not shown).
  • the dielectric layer 40 between this activated electrode and the liquid under tension acts as a capacitance.
  • the liquid F 1 can be moved step by step on the hydrophobic surface by successive activation of the electrodes 30 (1), 30 (2), etc.
  • the substrate 20, in the case where it is slightly conductive, for example made of silicon, is brought to a determined potential.
  • it can be grounded.
  • an electrode in the form of a metal layer may advantageously be formed on the outer wall of the substrate 20 opposite the electrode matrix 30. It may extend over the entire length of the electrode matrix 30.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrammatic representations in longitudinal section of a liquid displacement device according to a variant of the seventh embodiment of the invention, for which the detected interface is different from that subjected to the electrowetting forces.
  • the servo system is adapted to control the movement of the liquid F 1 as a function of the position of an interface I 3 .
  • the liquid F 3 is here electrically conductive, but it can also be dielectric, as explained below.
  • the displacement of the liquid F 1 is ensured by the activation of the electrode 30 connected to a voltage source 80.
  • the capacitive measuring device of the servo system comprises at least one electrode 130 formed on the inner wall 15 of the microchannel 10 and extends in the longitudinal direction of the microchannel 10. It is said buried and extends over a part or the entire perimeter of the microchannel 10.
  • the length of the electrode 130 defines a detection portion 160.
  • the interface I 3 is located in the detection portion 160.
  • a counter-electrode 170 is formed on the inner wall 15 of the microchannel 10 facing the electrode 130.
  • the counter-electrode 170 may also be a buried wire, or be arranged in the microchannel 10 in the form of a catenary wire, for example a wire in Au.
  • the counter-electrode 170 extends in the microchannel 10 vis-à-vis the electrode 130.
  • the voltage source 180 is connected to the electrodes 130 and 170 to apply an alternating voltage according to the same characteristics previously described.
  • the average value of the voltage is zero and the high frequency to avoid causing the deformation of the curvature of the interface F 3 which would disturb the capacitive measurement.
  • the capacitive measuring device further comprises a dielectric layer 140 which directly covers the electrode 130.
  • the dielectric layer 140 between the electrode 130 and the energized liquid F3 acts as a capacitance.
  • this capacitance can be deduced from the voltage measured across a reference capacitor 141B connected in series with the electrode 130.
  • the calculation means 142 make it possible to calculate the position of the interface I 3 , from the measurement of voltage by the voltmeter 141A across the capacitors 141B.
  • the control means 152 control the value of the voltage generated by the voltage source 80 as a function of the position of the interface I 3 .
  • the servo system makes it possible to control the displacement of the liquid F 1 as a function of the position of the interface I 3 determined by capacitive measurement.
  • the electrode 130 may be replaced by an array of electrodes 130.
  • Switching means 122 may be provided to activate the electrode 130 (i) at which the interface I 3 is located. Their closure makes contact between the corresponding electrode 130 (i) and the voltage source 180.
  • the switching means 122 are controlled by an activation driver (not shown).
  • the substrate 20 in the case where it is slightly conductive, for example made of silicon, is brought to a determined potential.
  • a determined potential for example, it can be grounded.
  • an electrode in the form of a metal layer may advantageously be formed on the outer wall of the substrate 20 vis-à-vis the matrix of electrodes 130. It may extend over the entire length of the electrode matrix 130.
  • the dielectric layer 140 is no longer necessary.
  • the measurement of the voltage across the capacitance 141B makes it possible to deduce the value of the capacitance formed by the fluids F 2 and F 3 between the electrodes 130 and 170.
  • the value of this capacity depends on the position of the interface I 3 .
  • the servo system comprises the same components as previously described and has identical operation.
  • the servo system can also be adapted to detect both the position of the interface I 1 and that of the interface I 3 , in order to obtain greater accuracy on the amount of fluid F 3 moved. This situation is particularly suitable in the case where the fluid F 2 has a compressibility that is important to evaluate in real time, or when the liquids F 1 and F 3 exhibit uncontrolled evaporation.
  • This detection also makes it possible to measure the injection flow rate, which makes it possible to verify that the channel is not clogged, or even to detect the presence of a leak.
  • the surface of the channels, and more particularly at the level of the control portion can be smooth, rough or micro or nano structured, so as to amplify the effects wetting and increase the capillary forces, thus the pumping pressure.

Abstract

The device has an opening (11B) located at a level of an end (12B) of a microchannel (10). Electrically conducting liquid (F1) partially fills the microchannel in a longitudinal direction, and electrically insulating fluid (F2) e.g. air, forms an interface (I1) with the fluid (F1). Fluid (F3) e.g. medicine or radioactive tracer, forms an interface (I3) with the insulating fluid. Displacement units displace the fluid (F1) to induce displacement of the insulating fluid through the opening, and have a dielectric layer (40) directly covered with a hydrophobic layer. The conducting fluid is constituted by aqueous solution charged with ions.

Description

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

La présente invention se rapporte au domaine général de la microfluidique et concerne un dispositif de déplacement de liquide en microcanal.The present invention relates to the general field of microfluidics and relates to a microchannel liquid displacement device.

L'invention s'applique notamment à l'injection de liquide hors du dispositif prévu à cet effet, en vue d'effectuer des analyses biochimiques, chimiques ou biologiques, ou à fins thérapeutiques.The invention applies in particular to the injection of liquid out of the device provided for this purpose, for the purpose of performing biochemical, chemical or biological analyzes, or for therapeutic purposes.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART

La microfluidique est un domaine de recherche en pleine expansion depuis une dizaine d'années, du fait notamment de la réalisation et du développement de systèmes d'analyses chimiques ou biologiques, appelés laboratoires sur puce (lab-on-chip).Microfluidics has been a field of research that has been booming for the past ten years, mainly because of the development and development of chemical or biological analysis systems, called lab-on-chips .

En effet, la microfluidique permet de manipuler efficacement de faibles volumes de liquide. Il est alors possible de réaliser sur un même support toutes les étapes d'analyse d'un échantillon liquide, en un temps relativement court et en utilisant de petits volumes d'échantillon et de réactifs.Indeed, microfluidics can effectively handle small volumes of liquid. It is then possible to perform on the same support all the steps of analysis of a liquid sample, in a relatively short time and using small volumes of sample and reagents.

Selon les applications, la manipulation de faibles volumes de liquide nécessite parfois de réaliser une injection d'un volume de liquide défini dans une zone déterminée.Depending on the application, handling small volumes of liquid sometimes requires an injection of a defined volume of liquid in a given area.

Par exemple dans le domaine médical, une application peut nécessiter d'injecter un volume de liquide défini dans le corps d'un patient dans un but de traitement ou en vue d'établir un diagnostic. Le liquide peut être alors un médicament, un traceur radioactif, ou toute autre substance appropriée.For example in the medical field, an application may require injecting a defined volume of liquid into the body of a patient for the purpose of treatment or for the purpose of establishing a diagnosis. The liquid can then be a drug, a radioactive tracer, or any other suitable substance.

Pour cela, un dispositif de déplacement de liquide permettant l'injection de celui-ci dans un milieu extérieur au dispositif est nécessaire. Il est primordial que le dispositif de déplacement ne présente aucun risque, en termes de sécurité, pour le corps ou la zone destinée à recevoir le liquide à injecter. De plus, il est essentiel de maîtriser à la fois la quantité de liquide injectée et le débit d'injection.For this, a liquid displacement device for injecting it into a medium outside the device is necessary. It is essential that the displacement device presents no risk, in terms of safety, for the body or the area intended to receive the liquid to be injected. In addition, it is essential to control both the amount of liquid injected and the injection rate.

Le document US-A1-2003/006140 décrit un dispositif de pulvérisation de liquide sous forme de gouttelettes par pompage diélectrique variable, dont le principe de fonctionnement repose sur le phénomène de diélectrophorèse.The document US-A1-2003 / 006140 discloses a liquid spray device in the form of droplets by variable dielectric pumping, whose operating principle is based on the phenomenon of dielectrophoresis.

Le fonctionnement est le suivant, en référence à la figure 1 qui représente schématiquement le dispositif selon l'art antérieur suivant une coupe longitudinale.The operation is as follows, with reference to figure 1 which schematically represents the device according to the prior art in a longitudinal section.

Un microcanal A10 comprend une paroi interne dont les faces inférieure et supérieure comportant chacune une électrode plane A31, A32 s'étendant suivant l'axe longitudinal du microcanal et disposée en regard l'une de l'autre.A microchannel A10 comprises an inner wall whose lower and upper faces each comprise a flat electrode A31, A32 extending along the longitudinal axis of the microchannel and disposed facing one another.

Un bouchon de liquide isolant AF1 est situé entre ces électrodes, entouré en amont et en aval suivant l'axe longitudinal par un fluide environnant isolant AF2. On appelle bouchon de liquide une goutte de grande longueur contenue dans un canal ou un tube. Les termes amont et aval sont définis en référence à la direction X parallèle à l'axe du microcanal A10.An insulating liquid plug AF 1 is located between these electrodes, surrounded upstream and downstream along the longitudinal axis by an insulating surrounding fluid AF 2 . We call a liquid droplet a big drop length contained in a channel or tube. The terms upstream and downstream are defined with reference to the X direction parallel to the axis of the microchannel A10.

Le bouchon de liquide AF1 présente une permittivité de valeur supérieure à celle du fluide environnant AF2.The AF 1 liquid plug has a higher permittivity value than the surrounding fluid AF 2 .

Un champ électrique est généré entre les deux électrodes A31 et A32, qui présente un gradient suivant l'axe longitudinal du microcanal. Pour cela, une différence de potentiel est appliquée aux extrémités de l'électrode A31 alors que le potentiel de l'électrode A32 est fixe.An electric field is generated between the two electrodes A31 and A32, which has a gradient along the longitudinal axis of the microchannel. For this, a potential difference is applied to the ends of the electrode A31 while the potential of the electrode A32 is fixed.

Le déplacement du bouchon de liquide AF1 suivant l'axe longitudinal du microcanal A10 est alors obtenu par diélectrophorèse. Plus précisément, le déplacement résulte de l'apparition d'une force dite diélectrophorétique résultant de la différence de permittivité entre le bouchon de liquide AF1 et le fluide environnant AF2, et du gradient de champ électrique qui résulte des tensions appliquées. La force diélectrophorétique tend à attirer le liquide de permittivité élevée, ici le liquide AF1, vers les zones de haute intensité du champ électrique.The displacement of the liquid plug AF 1 along the longitudinal axis of the microchannel A10 is then obtained by dielectrophoresis. More precisely, the displacement results from the appearance of a so-called dielectrophoretic force resulting from the difference in permittivity between the liquid plug AF1 and the surrounding fluid AF 2 , and the electric field gradient resulting from the applied voltages. The dielectrophoretic force tends to attract the high permittivity liquid, here the liquid AF 1 , to the high intensity areas of the electric field.

La variation des tensions appliquées permet de contrôler le déplacement du bouchon de liquide AF1, et par conséquence du fluide environnant AF2, suivant l'axe longitudinal du canal A10.The variation of the applied voltages makes it possible to control the displacement of the liquid plug AF 1 , and consequently of the surrounding fluid AF 2 , along the longitudinal axis of the channel A10.

Le microcanal A10 présente en outre en une extrémité A12B une ouverture A11B permettant l'éjection par pulvérisation d'un liquide AF3. Le liquide à pulvériser AF3 est placé entre le fluide AF2 et l'ouverture A11B.The microchannel A10 further has at one end A12B an opening A11B for ejection by spraying a liquid AF 3 . The spray liquid AF 3 is placed between the AF fluid 2 and the opening A11B.

Ainsi, le déplacement du bouchon de liquide AF1 en direction de l'extrémité A12B du microcanal A10 entraîne un déplacement du liquide AF3 suivant la même direction et la pulvérisation de celui-ci sous forme de gouttelettes au travers de l'ouverture A11B.Thus, the displacement of the liquid plug AF 1 towards the end A12B of the microchannel A10 causes a displacement of the liquid AF 3 in the same direction and the spraying thereof in the form of droplets through the opening A11B.

Le dispositif d'éjection de liquide selon l'art antérieur présente cependant un certain nombre d'inconvénients.The liquid ejection device according to the prior art, however, has a number of disadvantages.

Le pompage diélectrique par diélectrophorèse nécessite d'utiliser des tensions électriques élevées, ce qui peut être limitant selon les applications du dispositif d'éjection. Ainsi, pour une application médicale dans laquelle le dispositif est utilisé à proximité d'une surface à traiter sensible aux champs électriques, comme le corps d'un patient, le dispositif selon l'art antérieur présente à l'évidence un problème de sécurité.Dielectric pumping by dielectrophoresis requires the use of high electrical voltages, which may be limiting depending on the applications of the ejection device. Thus, for a medical application in which the device is used near a surface to be treated sensitive to electric fields, such as the body of a patient, the device according to the prior art obviously has a security problem.

De plus, la force diélectrophorétique dépend de la hauteur d du diélectrique en (d-1), soit ici la hauteur du bouchon de liquide isolant AF1 entre les électrodes A31 et A32. Dans le cas de l'utilisation d'un microcanal de grande hauteur, comme par exemple quelques centaines de micromètres, il est nécessaire d'augmenter sensiblement l'intensité du champ électrique appliqué pour obtenir une force d'intensité suffisante, ce qui, d'une part accroît les risques pour la surface à traiter, et d'autre part complexifie l'électronique de commande et nécessite des batteries encombrantes.In addition, the dielectrophoretic force depends on the height d of the dielectric at (d -1 ) , that is the height of the insulating liquid plug AF1 between the electrodes A31 and A32. In the case of the use of a high microchannel, for example a few hundred micrometers, it is necessary to substantially increase the intensity of the applied electric field to obtain a force of sufficient intensity, which, d on the one hand increases the risks for the surface to be treated, and on the other hand complicates the control electronics and requires bulky batteries.

De plus, la consommation électrique est importante pour produire un champ électrique de forte intensité.In addition, the power consumption is important to produce a high intensity electric field.

Par ailleurs, le principe de fonctionnement de la pompe diélectrique rend le dispositif selon l'art antérieur limité à l'utilisation de deux liquides AF1 et AF2 diélectriques et exclut tout liquide électriquement conducteur.Moreover, the operating principle of the dielectric pump makes the device according to the prior art limited to the use of two dielectric liquids AF 1 and AF 2 and excludes any electrically conductive liquid.

Enfin, l'agencement des électrodes A31 et A32 forme l'entrefer d'un condensateur plan. Le dispositif est alors limité à un microcanal de section transversale rectangulaire. Une section transversale carrée ferait apparaître des effets de bord du champ électrique qui pénaliseraient la force diélectrophorétique et donc le fonctionnement du dispositif selon l'art antérieur. De plus, la disposition des électrodes A31 et A32 dans un microtube, c'est-à-dire un microcanal à section transversale circulaire, n'est pas réalisable de manière simple.Finally, the arrangement of the electrodes A31 and A32 forms the air gap of a planar capacitor. The device is then limited to a microchannel of rectangular cross section. A square cross section would show edge effects of the electric field that would penalize the dielectrophoretic force and therefore the operation of the device according to the prior art. In addition, the arrangement of the electrodes A31 and A32 in a microtube, that is to say a microchannel with circular cross section, is not feasible in a simple manner.

Une solution pour éviter ces inconvénients pourrait être l'utilisation d'un piston mécanique disposé à l'intérieur du microcanal et exerçant une force de pression sur le liquide à pulvériser. Cependant, il existe des risques non négligeables de défauts d'étanchéité entre le piston et les parois du microcanal qui peuvent rendre inopérant le dispositif de déplacement de liquide.One solution to avoid these drawbacks could be the use of a mechanical piston disposed inside the microchannel and exerting a pressing force on the liquid to be sprayed. However, there are significant risks of leaks between the piston and the walls of the microchannel that can render inoperative the liquid displacement device.

EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION

Le but de la présente invention est de remédier au moins en partie aux inconvénients précités et de proposer notamment un dispositif de déplacement de liquide dont le déplacement est obtenu par la génération d'un champ électrique de faible intensité.The object of the present invention is to remedy at least in part the aforementioned drawbacks and to provide in particular a liquid displacement device whose displacement is obtained by the generation of a low intensity electric field.

Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de déplacement de liquide, comprenant au moins un substrat comprenant un microcanal, ledit microcanal comportant une première extrémité et une seconde extrémité, sensiblement opposées l'une de l'autre suivant le sens longitudinal du microcanal, une ouverture sur le milieu environnant étant située sensiblement au niveau de ladite seconde extrémité.To do this, the invention relates to a liquid displacement device, comprising at least one substrate comprising a microchannel, said microchannel having a first end and a second end, substantially opposite one another in the longitudinal direction. the microchannel, an opening on the surrounding medium being located substantially at said second end.

Ledit dispositif comprend :

  • un premier liquide remplissant partiellement le microcanal dans le sens longitudinal du microcanal,
  • un fluide situé en aval dudit premier liquide en direction de la seconde extrémité et formant avec le premier liquide une première interface, ladite première interface étant située dans une portion de contrôle du microcanal, et
  • un second liquide situé en aval dudit fluide en direction de la seconde extrémité et formant avec le fluide une seconde interface.
Said device comprises:
  • a first liquid partially filling the microchannel in the longitudinal direction of the microchannel,
  • a fluid located downstream of said first liquid towards the second end and forming with the first liquid a first interface, said first interface being located in a control portion of the microchannel, and
  • a second fluid located downstream of said fluid towards the second end and forming with the fluid a second interface.

Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens de déplacement du premier liquide par électromouillage, le premier liquide étant électriquement conducteur et le fluide électriquement isolant, le déplacement du premier liquide induisant le déplacement du second liquide, via le fluide, au travers de ladite ouverture.According to the invention, the device comprises means for moving the first liquid by electrowetting, the first liquid being electrically conductive and the electrically insulating fluid, the displacement of the first liquid inducing the displacement of the second liquid, via the fluid, through said opening.

Lesdits moyens de déplacement du premier liquide par électromouillage peuvent comprendre :

  • au moins un premier moyen électriquement conducteur,
  • une couche d'un matériau diélectrique recouvrant directement le premier moyen conducteur, ladite couche diélectrique étant au moins partiellement mouillée par ledit premier liquide,
  • au moins un second moyen électriquement conducteur formant contre-électrode, en contact avec le premier liquide, et
  • un premier générateur de tension pour appliquer une différence de potentiel entre lesdits premier et second moyens conducteurs.
Said means for moving the first liquid by electrowetting can comprise:
  • at least one first electrically conductive means,
  • a layer of a dielectric material directly covering the first conductive means, said dielectric layer being at least partially wetted by said first liquid,
  • at least a second electrically conductive means forming a counter electrode, in contact with the first liquid, and
  • a first voltage generator for applying a potential difference between said first and second conductive means.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le substrat comportant la portion de contrôle étant électriquement conducteur, le premier moyen électriquement conducteur comprend le substrat conducteur.According to one embodiment of the invention, the substrate comprising the control portion being electrically conductive, the first electrically conductive means comprises the conductive substrate.

De préférence, le microcanal comprend une portion d'injection s'étendant sensiblement à partir de l'ouverture en direction de la portion de contrôle, ladite seconde interface étant située dans la portion d'injection. Dans ce cas, un empilement d'une première couche d'un matériau diélectrique, d'un moyen électriquement conducteur pouvant être porté à un potentiel déterminé, et d'une seconde couche d'un matériau diélectrique est disposé sur la paroi interne de la portion d'injection de manière à isoler électriquement le second liquide du substrat conducteur. Chaque élément dudit empilement présente une longueur sensiblement égale dans le sens longitudinal de la portion d'injection.Preferably, the microchannel comprises an injection portion extending substantially from the opening towards the control portion, said second interface being located in the injection portion. In this case, a stack of a first layer of a dielectric material, an electrically conductive means that can be brought to a determined potential, and a second layer of a dielectric material is disposed on the inner wall of the injection portion so as to electrically isolate the second liquid from the conductive substrate. Each element of said stack has a substantially equal length in the longitudinal direction of the injection portion.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit premier moyen électriquement conducteur comprend au moins une électrode disposée sur au moins une partie de la paroi dans le sens longitudinal du microcanal et située dans la portion de contrôle.According to one embodiment of the invention, said first electrically conductive means comprises at least one at least one electrode disposed on at least a portion of the wall in the longitudinal direction of the microchannel and located in the control portion.

Avantageusement, ledit premier moyen électriquement conducteur comprend une électrode s'étendant sur toute la longueur de la portion de contrôle.Advantageously, said first electrically conductive means comprises an electrode extending over the entire length of the control portion.

De préférence, le dispositif de déplacement de liquide comprend un réservoir communiquant avec le microcanal par une ouverture située au niveau de la première extrémité et contenant ledit premier liquide conducteur.Preferably, the liquid displacement device comprises a reservoir communicating with the microchannel through an opening located at the first end and containing said first conductive liquid.

Ledit premier moyen électriquement conducteur peut comprendre une matrice d'électrodes s'étendant sur toute la longueur de la portion de contrôle.Said first electrically conductive means may comprise an array of electrodes extending over the entire length of the control portion.

Avantageusement, le premier liquide forme un bouchon de liquide entouré de fluide de manière à former une interface arrière et une interface avant, les deux interfaces étant situées dans la portion de contrôle.Advantageously, the first liquid forms a liquid plug surrounded by fluid so as to form a rear interface and a front interface, the two interfaces being located in the control portion.

Avantageusement, le déplacement de la première interface en direction de la première extrémité du microcanal provoque une aspiration du second liquide au travers de l'ouverture en direction de la première extrémité.Advantageously, the displacement of the first interface towards the first end of the microchannel causes aspiration of the second liquid through the opening towards the first end.

Ladite électrode peut comprendre deux parties parallèles l'une avec l'autre.Said electrode may comprise two parts parallel to each other.

De préférence, ladite électrode s'étend sur tout le périmètre de la portion de contrôle. Ainsi, ladite électrode ne comprend qu'une partie dont la surface circonférentielle est sensiblement continue.Preferably, said electrode extends over the entire perimeter of the control portion. Thus, said electrode comprises only a part whose circumferential surface is substantially continuous.

Avantageusement, ladite couche de matériau diélectrique est recouverte directement d'une couche de matériau hydrophobe.Advantageously, said layer of dielectric material is covered directly with a layer of hydrophobic material.

Le microcanal peut présenter une section transversale polygonale convexe.The microchannel may have a convex polygonal cross section.

Alternativement, le microcanal peut présenter une section transversale sensiblement circulaire.Alternatively, the microchannel may have a substantially circular cross section.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le microcanal présente une pluralité de portions de contrôle disposées en série, chaque portion de contrôle étant partiellement remplie du premier liquide et de fluide.According to one embodiment of the invention, the microchannel has a plurality of control portions arranged in series, each control portion being partially filled with the first liquid and fluid.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le microcanal présente une pluralité de portions de contrôle disposées en parallèle, chaque portion de contrôle étant partiellement remplie du premier liquide et de fluide.According to another embodiment of the invention, the microchannel has a plurality of control portions arranged in parallel, each control portion being partially filled with the first liquid and fluid.

L'axe longitudinal des portions de contrôle peut être sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la portion d'injection.The longitudinal axis of the control portions may be substantially perpendicular to the longitudinal axis of the injection portion.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la hauteur de la portion d'injection est sensiblement plus grande que la hauteur de la portion de contrôle.According to one embodiment of the invention, the height of the injection portion is substantially greater than the height of the control portion.

Avantageusement, la hauteur de la portion d'injection est comprise entre sensiblement 10 et 50 fois la hauteur de la portion de contrôle.Advantageously, the height of the injection portion is between substantially 10 and 50 times the height of the control portion.

Une portion de raccord peut relier la portion de contrôle à la portion d'injection, la portion de raccord n'étant remplie que de fluide.A connecting portion may connect the control portion to the injection portion, the connector portion being filled with fluid only.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le microcanal comprend une portion d'injection s'étendant sensiblement à partir de l'ouverture en direction de la portion de contrôle, ladite seconde interface étant située dans la portion d'injection. Un système de remplissage en second liquide est alors relié au microcanal au niveau de la portion d'injection, et comprend un réservoir rempli de second liquide communiquant avec la portion d'injection par l'intermédiaire d'une vanne.According to one embodiment of the invention, the microchannel comprises an injection portion extending substantially from the opening towards the control portion, said second interface being located in the injection portion. A second liquid filling system is then connected to the microchannel at the injection portion, and comprises a reservoir filled with a second liquid communicating with the injection portion via a valve.

Celle-ci peut être une vanne trois voies.This can be a three-way valve.

Ladite vanne peut être disposée de manière à partager la portion d'injection en une partie de stockage communiquant avec la portion de contrôle et dans laquelle est située la seconde interface, et une partie d'injection communiquant avec l'ouverture de la seconde extrémité, et peut être adaptée pour occuper alternativement deux états :

  • un premier état dit de remplissage, dans lequel le réservoir communique avec la partie de stockage,
  • un second état dit d'injection, dans lequel l'écoulement de second liquide provenant du réservoir est bloqué, la partie de stockage communiquant avec la partie d'injection.
Said valve may be arranged to share the injection portion in a storage portion communicating with the control portion and in which the second interface is located, and an injection portion communicating with the opening of the second end, and can be adapted to occupy alternately two states:
  • a first so-called filling state, in which the reservoir communicates with the storage part,
  • a second so-called injection state, wherein the flow of second liquid from the reservoir is blocked, the storage portion communicating with the injection portion.

Selon une variante, deux microcanaux sont disposés en parallèle et reliés entre eux de manière à avoir en commun la seconde extrémité munie de l'ouverture, chaque microcanal comportant une portion d'injection s'étendant sensiblement à partir de l'ouverture en direction de la portion de contrôle respective, ladite seconde interface étant située dans la portion d'injection. Un système de remplissage en second liquide est relié aux microcanaux de manière à partager chaque portion d'injection en :

  • une partie de stockage propre à chaque microcanal, communiquant avec chaque portion de contrôle, dans laquelle est située la seconde interface, et
  • une partie d'injection commune aux deux microcanaux communiquant avec l'ouverture de la seconde extrémité,
According to one variant, two microchannels are arranged in parallel and interconnected so as to have in common the second end provided with the opening, each microchannel comprising an injection portion extending substantially from the opening towards the respective control portion, said second interface being located in the injection portion. A second filling system liquid is connected to the microchannels so as to share each injection portion in:
  • a storage portion specific to each microchannel, communicating with each control portion, in which the second interface is located, and
  • an injection portion common to both microchannels communicating with the opening of the second end,

ledit système de remplissage comprenant un réservoir rempli de second liquide communiquant avec les microcanaux par l'intermédiaire d'une vanne.said filling system comprising a tank filled with second liquid communicating with the microchannels via a valve.

Ladite vanne peut être une vanne quatre voies.Said valve may be a four-way valve.

Elle peut être adaptée pour occuper alternativement deux états:

  • un premier état, dans lequel le réservoir communique avec la partie de stockage d'un premier microcanal alors que la partie de stockage du second microcanal communique avec la partie d'injection,
  • un second état, dans lequel le réservoir communique avec la partie de stockage du second microcanal alors que la partie de stockage du premier microcanal communique avec la partie d'injection.
It can be adapted to occupy alternately two states:
  • a first state, in which the reservoir communicates with the storage part of a first microchannel while the storage part of the second microchannel communicates with the injection part,
  • a second state, wherein the reservoir communicates with the storage portion of the second microchannel while the storage portion of the first microchannel communicates with the injection portion.

Le débit de second liquide au travers de l'ouverture peut être constant.The flow of second liquid through the opening may be constant.

Avantageusement, le dispositif de déplacement de liquide comprend un système d'asservissement du déplacement du premier liquide en fonction de la position de la première interface ou de la seconde interface du fluide située dans le microcanal, ledit système d'asservissement du déplacement du premier liquide comprenant un dispositif de mesure capacitive pour commander le déplacement du premier liquide en fonction de la valeur de la capacité mesurée.Advantageously, the liquid displacement device comprises a system for controlling the displacement of the first liquid as a function of the position of the first interface or the second fluid interface located in the microchannel, said system for controlling the displacement of the first liquid comprising a capacitive measuring device for controlling the displacement of the first liquid as a function of the value of the measured capacitance.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure capacitive est adapté pour déterminer la position de la première interface, et comprend :

  • ladite électrode de contrôle formant électrode de détection,
  • ladite contre-électrode de contrôle formant contre-électrode de détection,
  • un second générateur de tension pour appliquer une différence de potentiel entre ladite électrode de détection et ladite contre-électrode de détection,
  • des moyens de mesure de la capacité formée entre ladite électrode de détection et ladite contre-électrode de détection.
According to one embodiment, the capacitive measuring device is adapted to determine the position of the first interface, and comprises:
  • said sensing electrode control electrode,
  • said counter-control electrode forming a counterelectrode of detection,
  • a second voltage generator for applying a potential difference between said sensing electrode and said sensing counter-electrode,
  • means for measuring the capacitance formed between said detection electrode and said counterelectrode of detection.

Selon une variante, le dispositif de mesure capacitive est adapté pour déterminer la position de la seconde interface, et comprend :

  • au moins une électrode de détection disposée sur au moins une partie de la paroi du microcanal définissant une portion de détection située en aval de ladite portion de contrôle, ladite seconde interface étant située dans ladite portion de détection,
  • un moyen électriquement conducteur formant contre-électrode de détection, en contact avec le second liquide,
  • un second générateur de tension pour appliquer une différence de potentiel entre ladite électrode de détection et ladite contre-électrode de détection,
  • des moyens de mesure de la capacité formée entre ladite électrode de détection et ladite contre-électrode de détection.
According to a variant, the capacitive measuring device is adapted to determine the position of the second interface, and comprises:
  • at least one detection electrode disposed on at least a portion of the wall of the microchannel defining a detection portion located downstream of said control portion, said second interface being located in said detection portion,
  • an electrically conductive means forming a counterelectrode of detection, in contact with the second liquid,
  • a second voltage generator for applying a potential difference between said sensing electrode and said sensing counter-electrode,
  • means for measuring the capacitance formed between said detection electrode and said counterelectrode of detection.

Le dispositif de mesure capacitive peut comprendre des moyens de calcul, connectés aux moyens de mesure, pour déterminer la position de l'interface en fonction de la valeur de la capacité mesurée.The capacitive measuring device may comprise calculation means, connected to the measurement means, for determining the position of the interface as a function of the value of the measured capacitance.

Le dispositif de mesure capacitive peut comprendre des moyens de commande, connectés aux moyens de calcul et au premier générateur de tension, pour commander la valeur de la différence de potentiel appliquée par celui-ci.The capacitive measuring device may comprise control means, connected to the calculation means and to the first voltage generator, for controlling the value of the potential difference applied by the latter.

Selon un mode de réalisation, le second liquide étant électriquement conducteur, une couche d'un matériau diélectrique recouvre le moyen de détection.According to one embodiment, the second liquid being electrically conductive, a layer of a dielectric material covers the detection means.

Selon une variante, le second liquide est diélectrique, dont la valeur de la permittivité est différente de celle du fluide.According to one variant, the second liquid is dielectric, whose value of the permittivity is different from that of the fluid.

De préférence, les moyens de mesure comprennent une capacité connectée en série avec le moyen de détection, et un voltmètre pour mesurer la tension aux bornes de ladite capacité.Preferably, the measuring means comprise a capacitor connected in series with the detection means, and a voltmeter for measuring the voltage across said capacitor.

Alternativement, les moyens de mesure comprennent un analyseur d'impédance.Alternatively, the measuring means comprise an impedance analyzer.

Ledit moyen de détection peut comprendre une pluralité d'électrodes de détection élémentaires.Said detection means may comprise a plurality of elementary detection electrodes.

Dans ce cas, ledit substrat peut être porté à un potentiel déterminé par un moyen électriquement conducteur. Celui-ci comprend avantageusement une électrode disposée sur une face externe du substrat et s'étendant sur toute la longueur du moyen de détection.In this case, said substrate can be brought to a potential determined by an electrically conductive means. This advantageously comprises an electrode disposed on an outer face of the substrate and extending over the entire length of the detection means.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.Other advantages and features of the invention will become apparent in the detailed non-limiting description below.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :

  • La figure 1, déjà décrite, est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de pulvérisation de liquide selon l'art antérieur ;
  • Les figures 2A à 2C représentent le principe de fonctionnement de déplacement de gouttes par électromouillage ;
  • La figure 3 représente le principe de fonctionnement de déplacement de liquide par électromouillage, dans une configuration fermée de dispositif de déplacement de liquide ;
  • Les figures 4A et 4B sont des représentations schématiques en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention, pour deux étapes du fonctionnement ;
  • La figure 5 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon une variante du premier mode de réalisation préféré de l'invention, dans laquelle une matrice d'électrodes de contrôle est prévue ;
  • La figure 6 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon le second mode de réalisation préféré de l'invention ;
  • La figure 7 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel une pluralité de portions de contrôle disposées en série est prévue ;
  • La figure 8 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, dans lequel une pluralité de portions de contrôle disposées en parallèle est prévue ;
  • La figure 9 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'une partie du microcanal du dispositif de déplacement de liquide selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, permettant de diminuer les effets de l'hystérésis de l'angle de contact ;
  • Les figures 10A et 10B sont des représentations schématiques en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon un sixième mode de réalisation de l'invention, pour deux étapes du fonctionnement ;
  • Les figures 11A et 11B sont des représentations schématiques en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon une variante du sixième mode de réalisation de l'invention, pour deux étapes du fonctionnement ;
  • Les figures 12A, 12B, 13A et 13B sont des représentations schématiques en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon un septième mode de réalisation de l'invention, muni d'un système d'asservissement du déplacement du liquide piston. Les figures 13A et 13B montrent des variantes du septième mode de réalisation représenté dans les figures 12A et 12B.
Embodiments of the invention will now be described, by way of nonlimiting examples, with reference to the accompanying drawings, in which:
  • The figure 1 , already described, is a schematic representation in longitudinal section of a liquid spray device according to the prior art;
  • The FIGS. 2A to 2C represent the operating principle of displacement of drops by electrowetting;
  • The figure 3 represents the operating principle of fluid displacement by electrowetting, in a closed configuration of liquid displacement device;
  • The Figures 4A and 4B are diagrammatic representations in longitudinal section of a liquid displacement device according to the first preferred embodiment of the invention, for two stages of operation;
  • The figure 5 is a schematic representation in longitudinal section of a liquid displacement device according to a variant of the first preferred embodiment of the invention, wherein a matrix of control electrodes is provided;
  • The figure 6 is a schematic representation in longitudinal section of a device for displacing liquid according to the second preferred embodiment of the invention;
  • The figure 7 is a schematic representation in longitudinal section of a liquid displacement device according to a third embodiment of the invention, in which a plurality of control portions arranged in series is provided;
  • The figure 8 is a schematic representation in longitudinal section of a liquid displacement device according to a fourth embodiment of the invention, in which a plurality of control portions arranged in parallel is provided;
  • The figure 9 is a schematic representation in longitudinal section of a portion of the microchannel of the liquid displacement device according to a fifth embodiment of the invention, to reduce the effects of the hysteresis of the contact angle;
  • The Figures 10A and 10B are diagrammatic representations in longitudinal section of a liquid displacement device according to a sixth embodiment of the invention, for two stages of operation;
  • The Figures 11A and 11B are diagrammatic representations in longitudinal section of a liquid displacement device according to a variant of the sixth embodiment of the invention, for two stages of operation;
  • The Figures 12A, 12B , 13A and 13B are schematic representations in longitudinal section of a liquid displacement device according to a seventh embodiment of the invention, provided with a system for controlling the displacement of the piston liquid. The Figures 13A and 13B show variants of the seventh embodiment shown in Figures 12A and 12B .

EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PREFEREDETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT

Un dispositif selon l'invention met en oeuvre un dispositif de déplacement de liquide, par électromouillage, ou plus précisément par électromouillage sur diélectrique.A device according to the invention implements a liquid displacement device, by electrowetting, or more precisely by electrowetting on dielectric.

Le principe de l'électromouillage sur diélectrique mis en oeuvre dans le cadre de l'invention peut être illustré à l'aide des figures 2A - 2C, dans le cadre d'un dispositif de type ouvert.The principle of electrowetting on dielectric implemented in the context of the invention can be illustrated using the Figures 2A - 2C as part of an open type device.

Une goutte d'un liquide électriquement conducteur F1 repose sur un réseau d'électrodes 30, dont elle est isolée par une couche diélectrique 40 et une couche hydrophobe 50 (figure 2A). On a donc un empilement hydrophobe et isolant.A drop of an electrically conductive liquid F 1 rests on an array of electrodes 30, from which it is isolated by a dielectric layer 40 and a hydrophobic layer 50 ( Figure 2A ). There is therefore a hydrophobic and insulating stack.

Le caractère hydrophobe de cette couche signifie que la goutte a un angle de contact, sur cette couche, supérieur à 90°.The hydrophobic nature of this layer means that the drop has a contact angle, on this layer, greater than 90 °.

Elle est entourée d'un fluide diélectrique F2, et forme avec ce fluide une interface I1.It is surrounded by a dielectric fluid F 2 , and forms with this fluid an interface I 1 .

Les électrodes 30 sont elles-mêmes formées en surface d'un substrat 20.The electrodes 30 are themselves formed on the surface of a substrate 20.

Une contre-électrode 70, ici sous forme d'un fil caténaire, permet de maintenir un contact électrique avec la goutte F1. Cette contre-électrode peut également être un fil enterré ou une électrode planaire dans le capot d'un système confiné.A counter electrode 70, here in the form of a catenary wire, maintains an electrical contact with the drop F 1 . This counter-electrode can also be a buried wire or a planar electrode in the hood of a confined system.

Les électrodes 30 et la contre-électrode 70 sont connectées à une source de tension 80 permettant d'appliquer une tension U entre les électrodes.The electrodes 30 and the counter electrode 70 are connected to a voltage source 80 for applying a voltage U between the electrodes.

Lorsque l'électrode 30(1) située à proximité de la goutte F1 est activée, à l'aide de moyens 81 de commutation dont la fermeture établit un contact entre cette électrode et la source de tension 80 via un conducteur commun 82, l'ensemble goutte sous tension F1, couche diélectrique 40 et électrode activée 30(1) agit comme une capacité.When the electrode 30 (1) located near the drop F 1 is activated, using switching means 81 whose closure makes contact between this electrode and the voltage source 80 via a common conductor 82, voltage drop assembly F 1 , dielectric layer 40 and activated electrode 30 (1) acts as a capacitance.

Comme le décrit l'article de Berge intitulé « Electrocapillarité et mouillage de films isolants par l'eau », C.R. Acad. Sci., 317, série 2, 1993, 157-163 , l'angle de contact de l'interface de la goutte F1 en regard de l'électrode activée 30(1) diminue alors suivant la relation : cos θ 1 U = cos θ 1 0 + 1 2 ε r e σ U 2

Figure imgb0001

où e est l'épaisseur de la couche diélectrique 40, εr la permittivité de cette couche et σ la tension de surface de l'interface de la goutte.As described in the article of Berge entitled "Electrocapillarity and wetting of insulating films by water", CR Acad. Sci., 317, Series 2, 1993, 157-163 the contact angle of the interface of the drop F 1 facing the activated electrode 30 (1) then decreases according to the relation: cos θ 1 U = cos θ 1 0 + 1 2 ε r e σ U 2
Figure imgb0001

where e is the thickness of the dielectric layer 40, ε r the permittivity of this layer and σ the surface tension of the interface of the drop.

Lorsque la tension de polarisation est alternative, le liquide se comporte comme un conducteur lorsque la fréquence de la tension de polarisation est sensiblement inférieure à une fréquence de coupure, cette dernière, dépendant notamment de la conductivité électrique du liquide, est typiquement de l'ordre de quelques dizaines de kilohertz (Voir par exemple l'article de Mugele et Baret intitulé « Electrowetting: from basics to applications », J. Phys. Condens. Matter, 17 (2005), R705-R774 ). D'autre part, la fréquence est sensiblement supérieure à la fréquence permettant d'excéder le temps de réponse hydrodynamique du liquide F1, qui dépend des paramètres physiques de la goutte comme la tension de surface, la viscosité ou la taille de la goutte, et qui est de l'ordre de quelques centaines de Hertz.When the bias voltage is alternating, the liquid behaves like a conductor when the frequency of the bias voltage is substantially lower than a cutoff frequency, the latter, depending in particular on the electrical conductivity of the liquid, is typically of the order a few tens of kilohertz (see for example the article of Mugele and Baret entitled "Electrowetting: from basics to applications", J. Phys. Condens. Matter, 17 (2005), R705-R774 ). On the other hand, the frequency is substantially greater than the frequency allowing to exceed the hydrodynamic response time of the liquid F 1 , which depends on the physical parameters of the drop such as the surface tension, the viscosity or the size of the drop, and which is of the order of a few hundred Hertz.

La réponse de la goutte F1 dépend alors de la valeur efficace de la tension, puisque l'angle de contact dépend de la tension en U2 .The response of the drop F 1 then depends on the rms value of the voltage, since the contact angle depends on the voltage U 2 .

Selon l'article de Bavière et al. intitulé « Dynamics of droplet transport induced by electrowetting actuation », Microfluid Nanofluid, 4, 2008, 287-294 , il apparaît une pression électrostatique agissant sur l'interface I1, à proximité de la ligne de contact. Si cette pression électrostatique est appliquée de manière asymétrique, la goutte F1 peut alors être déplacée. Dans la figure 2A, l'activation de l'électrode 30(1) met la goutte en mouvement suivant la direction X.According to the article Bavaria et al. entitled "Dynamics of droplet transport induced by electrowetting actuation", Microfluid Nanofluid, 4, 2008, 287-294 , there appears an electrostatic pressure acting on the interface I 1 , near the contact line. If this electrostatic pressure is applied asymmetrically, the drop F 1 can then be moved. In the Figure 2A the activation of the electrode 30 (1) causes the drop to move in the X direction.

La goutte peut ainsi être éventuellement déplacée de proche en proche (figures 2B et 2C), sur la surface hydrophobe 50, par activation successive des électrodes 30(1), 30(2), etc., le long de la caténaire 70.The drop can thus be eventually displaced step by step ( Figures 2B and 2C ), on the hydrophobic surface 50, by successive activation of the electrodes 30 (1), 30 (2), etc., along the catenary 70.

Il est donc possible de déplacer des liquides, mais aussi de les mélanger (en faisant s'approcher des gouttes de liquides différents), et de réaliser des protocoles complexes.It is therefore possible to move liquids, but also to mix them (by bringing drops of different liquids near), and to perform complex protocols.

La figure 3 illustre le phénomène de déplacement d'un liquide par électromouillage dans un dispositif de type fermé ou confiné comportant un microcanal.The figure 3 illustrates the phenomenon of displacement of a liquid by electrowetting in a closed or confined type device comprising a microchannel.

Sur cette figure, les références numériques identiques à celles des figures 2A - 2C désignent les mêmes éléments.In this figure, the numerical references identical to those of Figures 2A - 2C designate the same elements.

Le microcanal 10 est partiellement rempli du liquide conducteur F1 formant une interface I1 avec le fluide diélectrique F2.The microchannel 10 is partially filled with the conducting liquid F 1 forming an interface I 1 with the dielectric fluid F 2 .

Dans cet exemple, la matrice d'électrodes 30 est remplacée par une électrode 30 unique.In this example, the electrode array 30 is replaced by a single electrode 30.

Lorsque l'électrode 30 n'est pas activée, l'interface I1 est statique, le liquide F1 et le fluide F2 sont au repos.When the electrode 30 is not activated, the interface I 1 is static, the liquid F 1 and the fluid F 2 are at rest.

Lorsque l'électrode 30 est activée, la pression d'origine électrostatique apparaît et agit sur l'interface I1, ce qui met le liquide F1 en mouvement suivant la direction X.When the electrode 30 is activated, the pressure of electrostatic origin appears and acts on the interface I 1 , which puts the liquid F 1 in motion in the direction X.

Le liquide F1 peut ainsi être déplacé sur la surface hydrophobe 50 par activation de l'électrode 30. Le fluide F2 est alors « poussé » par le liquide F1.The liquid F 1 can thus be displaced on the hydrophobic surface 50 by activation of the electrode 30. The fluid F 2 is then "pushed" by the liquid F 1 .

Des exemples de dispositifs mettant en oeuvre ce principe sont décrits dans l'article de Pollack et al. intitulé « Electro-wetting-based actuation of droplets for integrated microfluidics », Lab Chip, 2002, 2, 96-101 .Examples of devices implementing this principle are described in the article of Pollack et al. entitled "Electro-wetting-based actuation of droplets for integrated microfluidics", Lab Chip, 2002, 2, 96-101 .

Un premier mode de réalisation préféré de l'invention est représenté sur les figures 4A et 4B qui montrent, en coupe longitudinale, un dispositif microfluidique de déplacement de liquide.A first preferred embodiment of the invention is shown on the Figures 4A and 4B which show, in longitudinal section, a microfluidic liquid displacement device.

Sur cette figure, les références numériques identiques à celles de la figure 3 désignent les mêmes éléments.In this figure, the numerical references identical to those of the figure 3 designate the same elements.

En référence à la figure 4A, le microcanal 10 comporte une première extrémité 12A comprenant une première ouverture 11A et une seconde extrémité 12B opposée à la première extrémité 12A suivant le sens longitudinal du microcanal 10 et comprenant une seconde ouverture 11B.With reference to the Figure 4A , the microchannel 10 has a first end 12A comprising a first opening 11A and a second end 12B opposite the first end 12A in the longitudinal direction of the microchannel 10 and comprising a second opening 11B.

Le microcanal 10 peut présenter une section transversale polygonale convexe, par exemple carrée, rectangulaire, hexagonale. On considère ici qu'une section carrée est un cas particulier de la forme rectangulaire plus générale. Il peut également présenter une section transversale circulaire.The microchannel 10 may have a convex polygonal cross section, for example square, rectangular, hexagonal. It is considered here that a square section is a special case of the more general rectangular shape. It can also have a circular cross section.

Le terme microcanal est pris dans un sens général et comprend notamment le cas particulier du microtube dont la section est circulaire.The term microchannel is taken in a general sense and includes in particular the particular case of the microtube whose section is circular.

Dans toute la description qui va suivre, les termes hauteur et longueur désignent la taille du microcanal 10 ou d'une portion du microcanal 10 selon les directions transversale et longitudinale, respectivement. Ainsi, pour un microcanal de section rectangulaire, la hauteur correspond à la distance entre les parois inférieure et supérieure du microcanal, et pour un microcanal de section circulaire, la hauteur désigne le diamètre de celui-ci.Throughout the following description, the terms height and length refer to the size of the microchannel 10 or a portion of the microchannel 10 in the transverse and longitudinal directions, respectively. Thus, for a microchannel of rectangular section, the height corresponds to the distance between the lower and upper walls of the microchannel, and for a microchannel of circular section, the height designates the diameter thereof.

De plus, on notera que les verbes « recouvrir », « être situé sur » et « être disposé sur » peuvent ne pas impliquer de contact direct. Ainsi, un matériau peut être disposé sur une paroi sans qu'il y ait de contact direct entre le matériau et la paroi. De même, un liquide peut recouvrir une paroi sans qu'il y ait contact direct. Dans ces deux exemples, un matériau intermédiaire peut être présent. Le contact direct est assuré lorsque le qualificatif « directement » est utilisé avec les verbes précédemment cités.In addition, note that the verbs "to cover", "to be located on" and "to be disposed of" may not imply direct contact. Thus, a material may be disposed on a wall without there being direct contact between the material and the wall. Similarly, a liquid can cover a wall without direct contact. In these two examples, a material intermediary may be present. Direct contact is assured when the qualifier "directly" is used with the verbs mentioned above.

Une électrode de contrôle 30 est disposée directement sur au moins une face de la paroi interne 15 du substrat 20, et s'étend dans le sens longitudinal du microcanal 10. Elle est dite enterrée. L'électrode 30 s'étend sur une partie ou sur la totalité du périmètre du microcanal 10.A control electrode 30 is disposed directly on at least one face of the inner wall 15 of the substrate 20, and extends in the longitudinal direction of the microchannel 10. It is said buried. The electrode 30 extends over part or all of the perimeter of the microchannel 10.

La couche isolante 40 et la couche hydrophobe (non représentée) qui recouvrent l'électrode 30 peuvent être une couche unique combinant ces deux fonctions, par exemple une couche en parylène.The insulating layer 40 and the hydrophobic layer (not shown) which cover the electrode 30 may be a single layer combining these two functions, for example a parylene layer.

Dans l'exemple représenté, la contre-électrode 70 est introduite dans le liquide F1 au niveau du réservoir 60, sous forme d'un ou plusieurs points de contact électrique avec le liquide conducteur F1. Elle peut également être une caténaire se présentant sous la forme d'un fil électriquement conducteur, par exemple en Au (représenté sur la figure 5).In the example shown, the counter-electrode 70 is introduced into the liquid F 1 at the reservoir 60, in the form of one or more points of electrical contact with the conducting liquid F1. It can also be a catenary in the form of an electrically conductive wire, for example Au (shown in FIG. figure 5 ).

La source de tension 80, de préférence de tension alternative, est connectée à l'électrode 30 et à la contre-électrode 70. La fréquence est, de préférence, comprise entre 100Hz et 10kHz, de préférence de l'ordre de 1kHz.The voltage source 80, preferably an alternating voltage, is connected to the electrode 30 and the counter-electrode 70. The frequency is preferably between 100 Hz and 10 kHz, preferably of the order of 1 kHz.

Ainsi, la réponse du liquide F1 dépend de la valeur efficace de la tension appliquée puisque l'angle de contact dépend de la tension en U2 , selon la relation donnée précédemment. La valeur efficace peut varier entre 0V et quelques centaines de volt, par exemple 200V. De préférence, elle est de l'ordre de quelques dizaines de volt.Thus, the response of the liquid F 1 depends on the effective value of the applied voltage since the contact angle depends on the voltage U 2 , according to the relationship given above. The rms value can vary between 0V and a few hundred volts, for example 200V. Preferably, it is of the order of a few tens of volts.

La longueur de l'électrode 30 dans le sens longitudinal du microcanal 10 définit une portion de contrôle 16.The length of the electrode 30 in the longitudinal direction of the microchannel 10 defines a control portion 16.

La portion de contrôle 16 comprend une première extrémité 16A en direction de la première extrémité 12A du microcanal 10 et une seconde extrémité 16B en direction de la seconde extrémité 12B suivant le sens longitudinal du microcanal 10.The control portion 16 includes a first end 16A towards the first end 12A of the microchannel 10 and a second end 16B towards the second end 12B in the longitudinal direction of the microchannel 10.

On appelle portion d'injection 17 la portion du microcanal 10 s'étendant de la seconde extrémité 12B du microcanal 10 en direction de la portion de contrôle 16.Injection portion 17 is the portion of the microchannel 10 extending from the second end 12B of the microchannel 10 towards the control portion 16.

Un réservoir 60 pouvant contenir le liquide F1 peut être connecté au microcanal 10 par l'intermédiaire de l'ouverture 11A de l'extrémité 12A, et est destiné à alimenter le microcanal 10 en liquide piston F1.A reservoir 60 that can contain the liquid F1 can be connected to the microchannel 10 via the opening 11A of the end 12A, and is intended to supply the microchannel 10 with a piston liquid F 1 .

L'interface I1 est située dans la portion de contrôle 16. La ligne triple de l'interface I1 est contenue dans un plan sensiblement transversal au microcanal 10.The interface I 1 is located in the control portion 16. The triple line of the interface I 1 is contained in a plane substantially transverse to the microchannel 10.

Le microcanal 10 comprend également un second liquide F3, appelé liquide d'intérêt, qui remplit partiellement le canal à partir sensiblement de la seconde extrémité 12B. Le second liquide F3 est en contact avec le fluide F2. L'interface entre ces deux fluides forme une interface I3.The microchannel 10 also comprises a second liquid F 3 , called the liquid of interest, which partially fills the channel from substantially the second end 12B. The second liquid F 3 is in contact with the fluid F 2 . The interface between these two fluids forms an interface I 3 .

L'interface I3 est en contact avec la paroi interne 15 du microcanal 10. La ligne de raccord entre l'interface I3 et la paroi 15 définit une ligne triple et un angle de contact θ3 peut être mesuré dans le liquide F3. La ligne triple de l'interface I3 est contenue dans un plan sensiblement transversal du microcanal 10.The interface I 3 is in contact with the inner wall 15 of the microchannel 10. The connection line between the interface I 3 and the wall 15 defines a triple line and a contact angle θ 3 can be measured in the liquid F 3 . The triple line of the interface I 3 is contained in a substantially transverse plane of the microchannel 10.

L'interface I3 est située dans la portion d'injection 17, donc en-dehors de la portion de contrôle 16.The interface I 3 is located in the injection portion 17, therefore outside the control portion 16.

Le liquide piston F1 est électriquement conducteur et peut être une solution aqueuse chargée en ions, par exemple en Cl-, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Mn2+, autres. Le liquide piston F1 peut également être du mercure, du Gallium, du Gallium eutectique, ou des liquides ioniques du type bmim PF6, bmim BF4 ou tmba NTf2.The piston liquid F 1 is electrically conductive and may be an aqueous solution loaded with ions, for example Cl - , K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , others. The piston liquid F 1 can also be mercury, gallium, eutectic gallium, or ionic liquids of the type bmim PF6, bmim BF4 or tmba NTf2.

Le liquide d'intérêt F3 peut être un liquide adapté à une application chimique, biologique ou médicale. Dans ce dernier cas, le liquide F3 peut être notamment un liquide médicamenteux ou un liquide contenant des agents actifs, des molécules ou un traceur radioactif.The liquid of interest F 3 can be a liquid suitable for a chemical, biological or medical application. In the latter case, the liquid F 3 may in particular be a medicinal liquid or a liquid containing active agents, molecules or a radioactive tracer.

Le fluide F2 est électriquement isolant. Il peut être un gaz, par exemple de l'air, ou un liquide comme un alcane, par exemple de l'hexadécane ou de l'undécane, ou une huile silicone ou minérale, ou des solvants fluorés, par exemple le FC-40® ou le FC-70®. Dans le cas de l'huile silicone, la viscosité dynamique est de préférence sensiblement inférieure à 10cp environ. De préférence, le fluide F2 est biologiquement compatible avec le liquide F3.The fluid F 2 is electrically insulating. It may be a gas, for example air, or a liquid such as an alkane, for example hexadecane or undecane, or a silicone or mineral oil, or fluorinated solvents, for example FC-40 ® or the FC-70®. In the case of the silicone oil, the dynamic viscosity is preferably substantially less than about 10cp. Preferably, the fluid F 2 is biologically compatible with the liquid F 3 .

Le fluide F2 est non miscible avec le liquide piston F1 et avec le liquide d'intérêt F3.The fluid F 2 is immiscible with the piston liquid F 1 and with the liquid of interest F 3 .

Le microcanal présente une longueur comprise entre 100µm et 500mm, de préférence comprise entre 500µm et 100mm.The microchannel has a length of between 100 μm and 500 mm, preferably between 500 μm and 100 mm.

La hauteur ou le diamètre du microcanal 10 est typiquement compris entre quelques nanomètres et 200µm, et de préférence entre 1µm et 100µm.The height or the diameter of the microchannel 10 is typically between a few nanometers and 200 μm, and preferably between 1 μm and 100 μm.

Le réservoir peut présenter une contenance comprise entre quelques nanolitres et 1ml.The reservoir can have a capacity of between a few nanoliters and 1ml.

Le substrat 20 peut être en silicium ou en verre, polycarbonate, polymère, céramique. Dans le cas d'un substrat en silicium, il est préférable de prévoir une couche isolante en surface, cette couche isolante peut être déposée ou résulter d'une oxydation thermique. L'électrode 30 est obtenue par dépôt d'une fine couche d'un métal choisi parmi Au, Al, ITO, Pt, Cu, Cr... ou d'un alliage Al-Si... grâce aux microtechnologies classiques de la microélectronique, par exemple par photolithographie.The substrate 20 may be silicon or glass, polycarbonate, polymer, ceramic. In the case of a silicon substrate, it is preferable to provide an insulating layer on the surface, this insulating layer may be deposited or result from thermal oxidation. The electrode 30 is obtained by depositing a thin layer of a metal chosen from Au, Al, ITO, Pt, Cu, Cr ... or an Al-Si alloy ... using conventional microtechnologies of the microelectronics, for example by photolithography.

L'épaisseur de l'électrode est comprise entre 10nm et 1µm, de préférence 300nm. La longueur de l'électrode 30 est de quelques micromètres à quelques millimètres.The thickness of the electrode is between 10 nm and 1 μm, preferably 300 nm. The length of the electrode 30 is from a few micrometers to a few millimeters.

L'électrode 30 est recouverte d'une couche diélectrique en Si3N4, SiO2... d'épaisseur comprise entre 100nm et 3µm, de préférence entre 300 nm et 1µm. La couche diélectrique en SiO2 peut être obtenue par oxydation thermique.The electrode 30 is covered with a dielectric layer made of Si 3 N 4 , SiO 2 ... having a thickness of between 100 nm and 3 μm, preferably between 300 nm and 1 μm. The dielectric layer of SiO 2 can be obtained by thermal oxidation.

Enfin, une couche hydrophobe peut être déposée sur le substrat. Pour cela, un dépôt de Téflon par trempage ou par spray ou de SiOC déposé par plasma peut être réalisé. Un dépôt de silane hydrophobe en phase vapeur ou liquide peut être réalisé. Son épaisseur sera comprise entre 100nm et 3µm, de préférence entre 300 nm et 1µmFinally, a hydrophobic layer may be deposited on the substrate. For this, a Teflon deposit by dipping or spray or SiOC deposited by plasma can be achieved. Hydrophobic silane deposition in the vapor or liquid phase can be carried out. Its thickness will be between 100 nm and 3 μm, preferably between 300 nm and 1 μm

Le principe de fonctionnement est le suivant, en référence aux figures 4A et 4B.The operating principle is as follows, with reference to Figures 4A and 4B .

Comme le montre la figure 4A, l'interface I1 est située dans la portion de contrôle 16. Initialement, elle est de préférence située à proximité de la première extrémité 16A de cette portion.As shown in Figure 4A , the interface I 1 is located in the control portion 16. Initially, it is preferably located near the first end 16A of this portion.

L'activation de l'électrode 30 par la source de tension 80 provoque le déplacement du liquide F1 en direction de la deuxième extrémité 16B de la portion de contrôle 16.The activation of the electrode 30 by the voltage source 80 causes the liquid F 1 to move towards the second end 16B of the control portion 16.

En conséquence, le liquide F1 « pousse » le fluide F2 dans la même direction, c'est-à-dire en direction de la seconde extrémité 12B du microcanal 10, et dans le même temps, « pousse » le liquide d'intérêt F3.As a result, the liquid F 1 "pushes" the fluid F 2 in the same direction, that is to say towards the second end 12B of the microchannel 10, and at the same time, "pushes" the liquid of F interest 3 .

A partir du moment où le liquide F3 atteint la seconde ouverture 11B, une quantité de liquide F3 est injectée en-dehors du dispositif de déplacement correspondant à la quantité de liquide F3 déplacée.From the moment when the liquid F 3 reaches the second opening 11B, an amount of liquid F 3 is injected outside the displacement device corresponding to the amount of liquid F 3 displaced.

Lorsque l'interface I1 atteint la seconde extrémité 16B de la portion de contrôle 16, le liquide F1 recouvre sensiblement l'électrode 30 dans sa totalité. La ligne triple n'est alors plus soumise à la force d'électromouillage. L'angle de contact θ1 augmente jusqu'à sa valeur correspondant à l'absence de champ électrique imposé et le liquide F1 s'immobilise.When the interface I 1 reaches the second end 16B of the control portion 16, the liquid F 1 substantially covers the electrode 30 in its entirety. The triple line is then no longer subject to the electrowetting force. The contact angle θ 1 increases to its value corresponding to the absence of imposed electric field and the liquid F 1 stops.

En conséquence, le liquide F1 ne provoque plus le déplacement du fluide F2 qui s'immobilise, ainsi que le liquide d'intérêt F3 qui n'est alors plus injecté.As a result, the liquid F 1 no longer causes the displacement of the fluid F 2 which comes to rest, as well as the liquid of interest F 3 which is then no longer injected.

Le dispositif selon l'invention présente un certain nombre d'avantages.The device according to the invention has a certain number of advantages.

Le fluide séparateur F2 permet en outre d'éviter un mélange entre le liquide piston F1 et le liquide d'intérêt F3, ce qui pourrait dénaturer les propriétés physiques, chimiques ou biologiques du liquide d'intérêt F3.The separating fluid F 2 also makes it possible to avoid mixing between the piston liquid F 1 and the liquid of interest F 3 , which could denature the physical, chemical or biological properties of the liquid of interest F 3 .

Le fluide séparateur diélectrique F2 permet l'utilisation de tout type de liquide d'intérêt F3, quelles que soient la composition chimique et la conductivité électrique de ce dernier.The dielectric separating fluid F 2 allows the use of any type of liquid of interest F 3 , whatever the chemical composition and the electrical conductivity of the latter.

Par ailleurs, l'électrode 30 de contrôle peut n'occuper qu'une partie du périmètre de la portion de contrôle 16.Moreover, the control electrode 30 can occupy only a part of the perimeter of the control portion 16.

Ainsi, dans le cas d'un microcanal 10 de section par exemple rectangulaire, l'électrode 30 peut comprendre une partie supérieure 31 (figure 4A) disposée directement sur une paroi supérieure 15S du microcanal 10, et une partie inférieure 32 disposée directement sur une paroi inférieure 15I du microcanal 10, les deux parties 31 et 32 étant parallèles entre elles. Cette disposition est particulièrement adaptée pour une section rectangulaire puisque les parois latérales ont une surface sensiblement inférieure à celle des parois supérieure et inférieure 15S et 15I. Les effets de bord du champ électrique sont ainsi minimisés.Thus, in the case of a microchannel 10 of section for example rectangular, the electrode 30 may comprise an upper part 31 ( Figure 4A ) disposed directly on an upper wall 15S of the microchannel 10, and a lower portion 32 disposed directly on a lower wall 15I of the microchannel 10, the two parts 31 and 32 being parallel to each other. This arrangement is particularly suitable for a rectangular section since the side walls have a surface substantially smaller than that of the upper and lower walls 15S and 15I. The edge effects of the electric field are thus minimized.

Néanmoins, l'électrode 30 peut également être disposée sur la totalité du périmètre de la portion de contrôle 16. L'électrode 30 est alors disposée sur l'ensemble des parois supérieure 15S, inférieure 15I et latérales, ou dans le cas d'une section circulaire, sur toute la périphérie de la portion de contrôle 16.Nevertheless, the electrode 30 may also be disposed over the entire perimeter of the control portion 16. The electrode 30 is then disposed on the set of upper walls 15S, lower 15I and lateral, or in the case of a circular section, over the entire periphery of the control portion 16.

Cette disposition présente l'avantage d'appliquer la force d'électromouillage sur l'ensemble de la ligne triple de l'interface I1. La courbure de l'interface I1 est alors uniformément modifiée, ce qui rend la pression capillaire à l'interface entre les deux fluides F1 et F2 uniforme.This arrangement has the advantage of applying the electrowetting force over the entire triple line of the interface I 1 . The curvature of the interface I 1 is then uniformly modified, which makes the capillary pressure at the interface between the two fluids F 1 and F 2 uniform.

En effet, la ligne triple de l'interface I1 reste sensiblement contenue dans un plan transversal de la portion de contrôle 16.Indeed, the triple line of the interface I 1 remains substantially contained in a transverse plane of the control portion 16.

Le déplacement de l'interface I1 est alors plus efficace, ce qui permet d'obtenir un contrôle du débit d'injection et du volume injecté du liquide F3 plus précis.The displacement of the interface I 1 is then more efficient, which allows to obtain a control of the injection rate and the injected volume of the liquid F 3 more accurate.

Si la force d'électromouillage n'était pas uniforme le long de la ligne triple, le plan contenant la ligne triple de l'interface I1 ne serait plus sensiblement transversal à la portion de contrôle 16. Le liquide F1 pourrait se déplacer par exemple en direction de la seconde extrémité 12B du canal 10 et le fluide F2 se déplacer dans la direction opposée, ce qui est à éviter.If the electrowetting force was not uniform along the triple line, the plane containing the triple line of the interface I 1 would no longer be substantially transversal to the control portion 16. The liquid F 1 could move by example in the direction of the second end 12B of the channel 10 and the fluid F 2 move in the opposite direction, which is to be avoided.

Selon une variante du premier mode de réalisation de l'invention représentée dans la figure 5, une matrice d'électrodes 30 indépendantes est disposée directement sur au moins une face du substrat 20, comme ce qui a été décrit précédemment en référence aux figures 2A à 2C.According to a variant of the first embodiment of the invention represented in the figure 5 an array of independent electrodes 30 is disposed directly on at least one side of the substrate 20, as described above with reference to FIGS. 2A to 2C .

Comme précédemment, on définit une portion de contrôle 16 du microcanal 10 comme étant la portion s'étendant dans le sens longitudinal du microcanal 10 et qui comprend la matrice d'électrodes 30.As previously, a control portion 16 of the microchannel 10 is defined as the portion extending in the longitudinal direction of the microchannel 10 and which comprises the matrix of electrodes 30.

L'espacement entre électrodes 30 voisines peut être compris sensiblement entre quelques micromètres et quelques dizaines de micromètres.The spacing between adjacent electrodes can be substantially between a few micrometers and a few tens of micrometers.

Dans cette variante et conformément au mode de réalisation des figures 2A à 2C, il est avantageux que le liquide F1 se présente sous forme d'un bouchon de liquide entièrement placé dans la portion de contrôle 16. Le liquide peut ainsi être déplacé de proche en proche, sur la couche hydrophobe 50 de la portion de contrôle 16, par activation successive des électrodes 30 (1), 30 (2) ... de la matrice d'électrodes.In this variant and in accordance with the embodiment of FIGS. 2A to 2C , it is advantageous that the liquid F 1 is in the form of a liquid stopper entirely placed in the control portion 16. The liquid can thus be displaced step by step, on the hydrophobic layer 50 of the control portion 16 by successive activation of the electrodes 30 (1), 30 (2) ... of the electrode matrix.

Un avantage de ce mode de réalisation est de pouvoir contrôler le déplacement de la goutte de liquide F1 suivant les deux directions X et -X, selon l'activation des électrodes 30.An advantage of this embodiment is that it is possible to control the displacement of the drop of liquid F 1 along the two directions X and -X, depending on the activation of the electrodes 30.

Il est ainsi possible de réaliser non seulement l'injection du liquide F3 hors du dispositif, mais également l'aspiration du liquide F3, c'est-à-dire le déplacement du liquide F3 en direction de la portion de contrôle 16.It is thus possible to perform not only the injection of the liquid F 3 out of the device, but also the suction of the liquid F 3 , that is to say the displacement of the liquid F 3 towards the control portion 16 .

L'aspiration du liquide F3 peut permettre le remplissage du microcanal 10 en liquide F3, par exemple à partir d'un réservoir de liquide F3, en vue d'une utilisation ultérieure du dispositif selon l'invention.The suction of the liquid F 3 may allow the filling of the microchannel 10 F 3 liquid, for example from a liquid tank F 3 , for subsequent use of the device according to the invention.

Il est également possible d'aspirer un autre liquide que le liquide F3, après injection de celui-ci. Par exemple, on peut prélever in vivo un échantillon de liquide, après injection du liquide F3, dans le but de l'analyser ultérieurement.It is also possible to suck another liquid than the liquid F 3 , after injection thereof. For example, a sample of liquid, after injection of the liquid F 3 , for the purpose of analyzing it later.

Un second mode de réalisation préféré va maintenant être décrit en détail en référence à la figure 6, qui montre une représentation schématique en coupe longitudinale du dispositif de déplacement, dans lequel l'électrode de contrôle 30 est remplacée par le substrat 20 avantageusement polarisé.A second preferred embodiment will now be described in detail with reference to the figure 6 , which shows a schematic representation in longitudinal section of the displacement device, in which the control electrode 30 is replaced by the advantageously polarized substrate 20.

Pour cela, le substrat 20 est électriquement conducteur. Il peut être réalisé en silicium dopé afin d'augmenter sa conductivité électrique. Le dopage peut correspondre à 5.1018 atomes/cm2 en n ou en p.For this, the substrate 20 is electrically conductive. It can be made of doped silicon in order to increase its electrical conductivity. The doping can correspond to 5.10 18 atoms / cm 2 in n or in p.

Une électrode 33, connectée à la source de tension 80, est disposée de manière à appliquer au substrat 20 et à la contre-électrode 70 la différence de potentiel déterminée.An electrode 33, connected to the voltage source 80, is arranged to apply to the substrate 20 and the counter-electrode 70 the determined potential difference.

Une couche diélectrique 40 est directement disposée sur une partie de la paroi interne 15 du microcanal 10 de manière à isoler électriquement le liquide piston F1 du substrat polarisé 20. La couche diélectrique 40 peut être directement disposée sur la paroi interne 15 à partir du réservoir 60 jusqu'à la seconde extrémité 16B de la portion de contrôle 16, et sur tout le périmètre.A dielectric layer 40 is directly disposed on a portion of the inner wall 15 of the microchannel 10 so as to electrically isolate the piston liquid F 1 from the polarized substrate 20. The dielectric layer 40 may be directly disposed on the inner wall 15 from the reservoir 60 to the second end 16B of the control portion 16, and the entire perimeter.

Une couche hydrophobe (non représentée) peut être directement disposée sur la couche diélectrique 40.A hydrophobic layer (not shown) may be directly disposed on the dielectric layer 40.

Ainsi, le substrat polarisé 20, la couche diélectrique 40 et le liquide piston polarisé F1 forment un condensateur. Dans la mesure où le liquide piston F1 recouvre directement partiellement la couche diélectrique 40 dans la portion de contrôle 16, une force d'électromouillage appliquée à la ligne triple de l'interface I1 peut être générée.Thus, the polarized substrate 20, the dielectric layer 40 and the polarized piston liquid F 1 form a capacitor. Since the piston liquid F 1 partially covers the dielectric layer 40 directly in the control portion 16, a electrowetting force applied to the triple line of the interface I 1 can be generated.

De plus, dans le but d'isoler électriquement le liquide d'intérêt F3 du substrat polarisé 20, un empilement 34 d'une première couche diélectrique 40, d'une électrode 17E, puis d'une seconde couche diélectrique 40, chacune présentant une longueur dans le sens longitudinal sensiblement égale, est disposé directement sur la paroi interne 15 de la portion d'injection 17.In addition, for the purpose of electrically isolating the liquid of interest F 3 from the polarized substrate 20, a stack 34 of a first dielectric layer 40, an electrode 17E, then a second dielectric layer 40, each having a length in the substantially equal longitudinal direction is disposed directly on the inner wall 15 of the injection portion 17.

L'électrode 17E peut être mise à la masse, de manière à ne pas induire d'effets d'électromouillage au niveau de la ligne triple de l'interface I3.The electrode 17E can be grounded, so as not to induce electrowetting effects at the triple line of the interface I 3 .

Un troisième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en détail en référence à la figure 7, qui montre une représentation schématique en coupe longitudinale du dispositif de déplacement, qui comporte une pluralité de portions de contrôle disposées en série.A third embodiment of the invention will now be described in detail with reference to the figure 7 , which shows a schematic representation in longitudinal section of the displacement device, which comprises a plurality of control portions arranged in series.

Le troisième mode de réalisation est un perfectionnement du premier mode de réalisation préféré et comporte sensiblement les mêmes composants que dans le premier mode.The third embodiment is an improvement of the first preferred embodiment and has substantially the same components as in the first mode.

Comme le montre la figure 7, deux portions de contrôles 16(1), 16(2) sont disposées en série. Cependant, il est possible de disposer un nombre n de portions de contrôle 16 sans être limité à 2 portions.As shown in figure 7 two control portions 16 (1), 16 (2) are arranged in series. However, it is possible to have a number n of control portions 16 without being limited to 2 portions.

Dans le cas général où n portions de contrôle sont prévues, chaque portion de contrôle 16(i), où i∈ [1,n], présente une première extrémité 16A(i) et une seconde extrémité 16B(i). Les portions de contrôle 16(i) sont agencées en série le long du microcanal 10 de manière à ce qu'une seconde extrémité 16B(i) soit située à proximité de la première extrémité 16A(i+1) de la portion de contrôle 16(i+1) située en aval de la portion de contrôle 16(i).In the general case where n control portions are provided, each control portion 16 (i), where i∈ [1, n], has a first end 16A (i) and a second end 16B (i). The control portions 16 (i) are arranged in series along the microchannel 10 so that a second end 16B (i) is located near the first end 16A (i + 1) of the control portion 16 (i + 1) located downstream of the control portion 16 (i).

Chaque portion de contrôle 16(i) est partiellement remplie de liquide conducteur piston F1(i), chaque interface I2(i) étant initialement située entre une extrémité 16B(i-1) et 16A(i). Un fluide séparateur F2(i) remplit le canal 10 entre l'interface I1(i) et I2(i+1).Each control portion 16 (i) is partially filled with piston-conducting liquid F 1 (i), each interface I 2 (i) being initially located between an end 16B (i-1) and 16A (i). A separating fluid F 2 (i) fills the channel 10 between the interface I 1 (i) and I 2 (i + 1).

Le liquide piston F1(i) est en contact avec le fluide séparateur F2(i) et forme une interface I1(i) selon les mêmes caractéristiques que dans le premier mode de réalisation. On comprend que le liquide piston F1(i) remplit à la fois une partie de la portion de contrôle 16(i) et une partie du canal située entre les portions de contrôle 16(i-1) et 16(i).The piston liquid F 1 (i) is in contact with the separating fluid F 2 (i) and forms an interface I 1 (i) according to the same characteristics as in the first embodiment. It is understood that the piston liquid F 1 (i) fills both a portion of the control portion 16 (i) and a portion of the channel located between the control portions 16 (i-1) and 16 (i).

La portion de contrôle 16(1) est située à proximité de la première extrémité 12A du microcanal 10, qui communique avec un réservoir 60.The control portion 16 (1) is located near the first end 12A of the microchannel 10, which communicates with a reservoir 60.

La portion de contrôle 16(n) est située à proximité de la seconde extrémité 12B du microcanal 10. Le fluide séparateur F2(n) est en contact également avec un liquide d'intérêt F3 qui remplit partiellement le microcanal 10 à partir de la seconde extrémité 12B du microcanal et en direction de la seconde extrémité 16B(n) de la portion de contrôle 16(n).The control portion 16 (n) is located near the second end 12B of the microchannel 10. The separating fluid F 2 (n) is also in contact with a liquid of interest F 3 which partially fills the microchannel 10 from the second end 12B of the microchannel and towards the second end 16B (n) of the control portion 16 (n).

Les portions de contrôle 16(i) sont espacées les unes des autres par une distance comprise entre quelques micromètres à quelques millimètres.The control portions 16 (i) are spaced from each other by a distance of between a few micrometers and a few millimeters.

De préférence, cette distance est définie de sorte que le volume compris entre les portions de contrôle 16(i) est sensiblement égal au volume défini par chaque portion de contrôle 16(i), afin que le liquide piston F1(i) puisse remplir sensiblement totalement la portion de contrôle F1(i).Preferably, this distance is defined so that the volume between the control portions 16 (i) is substantially equal to the volume defined by each control portion 16 (i), so that the piston liquid F 1 (i) can fill substantially completely the control portion F 1 (i).

Chaque portion de contrôle 16(i) comprend une électrode 30(i) de contrôle ou une matrice d'électrodes 30(i) de contrôle, comme décrit dans le premier mode de réalisation.Each control portion 16 (i) comprises a control electrode (i) or control electrode array (i) as described in the first embodiment.

Le dispositif comprend une contre-électrode 70, destinée à porter les liquides conducteurs F1(i) à un potentiel déterminé. La contre-électrode 70 est un fil caténaire, par exemple en Au. Elle peut être un fil enterré ou une pluralité d'électrodes planaires disposées en regard des électrodes 30(i).The device comprises a counter electrode 70, intended to carry the conductive liquids F 1 (i) to a determined potential. The counter-electrode 70 is a catenary wire, for example Au. It may be a buried wire or a plurality of planar electrodes arranged facing the electrodes 30 (i).

Les électrodes de contrôle 30(i) et la contre-électrode 70 sont connectées à une source de tension 80.The control electrodes 30 (i) and the counter-electrode 70 are connected to a voltage source 80.

Les électrodes 30(i) sont avantageusement activées simultanément.The electrodes 30 (i) are advantageously activated simultaneously.

Le troisième mode de réalisation de l'invention présente l'avantage d'augmenter la pression d'injection du liquide F3.The third embodiment of the invention has the advantage of increasing the injection pressure of the liquid F 3 .

En effet, les forces d'électromouillage appliquées aux interfaces I1(i) s'additionnent, ce qui permet d'obtenir une pression d'injection du liquide d'intérêt F3 plus importante. Dans le cas de portions de contrôle 16(i) identiques en taille et géométrie, la pression d'injection obtenue est sensiblement égale au nombre n d'interfaces I1(i) multiplié par la pression obtenue avec une seule portion de contrôle 16(i).In fact, the electrowetting forces applied to the interfaces I 1 (i) add up, which makes it possible to obtain a higher injection pressure of the liquid of interest F 3 . In the case of control portions (I) identical in size and geometry, the injection pressure obtained is substantially equal to the number n of interfaces I 1 (i) multiplied by the pressure obtained with a single control portion 16 (i).

Plusieurs dispositifs obtenus selon les modes de réalisation 1 à 3 peuvent être associés selon une structure matricielle, chaque dispositif pouvant être utilisé de façon indépendante, en parallèle. Selon une autre association, plusieurs dispositifs obtenus selon ces mêmes modes de réalisation peuvent être associés selon une structure matricielle limitée aux portions de contrôle. Dans ce cas, la matrice de portions de contrôle peut déboucher sur une unique portion d'injection, ou sur au moins une portion d'injection, des réservoirs pouvant être communs à plusieurs ou à la totalité des portions de contrôle. Ce type d'associations peut être obtenu en réalisant un réseau de canaux 10 et de réservoirs 60 dans le plan et/ou l'épaisseur du substrat. Ces dispositifs peuvent être réalisés sur des substrats différents, puis empilés.Several devices obtained according to embodiments 1 to 3 can be associated in a matrix structure, each device can be used independently, in parallel. According to another association, several devices obtained according to these same embodiments can be associated according to a matrix structure limited to the control portions. In this case, the matrix of control portions may result in a single injection portion, or at least one injection portion, tanks that may be common to several or all of the control portions. This type of association can be obtained by realizing a network of channels 10 and tanks 60 in the plane and / or the thickness of the substrate. These devices can be made on different substrates and then stacked.

Un quatrième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en détail en référence à la figure 8.A fourth embodiment of the invention will now be described in detail with reference to the figure 8 .

La figure 8 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide, présentant une pluralité de portions de contrôle 16 en parallèle.The figure 8 is a schematic representation in longitudinal section of a liquid displacement device, having a plurality of control portions 16 in parallel.

Un repère orthogonal direct (X,Y) est représenté dans la figure 9, où la direction X est parallèle à l'axe longitudinal des portions de contrôle 16.A direct orthogonal reference (X, Y) is represented in the figure 9 , where the direction X is parallel to the longitudinal axis of the control portions 16.

Plusieurs substrats 21, 22, 23 sont agencés de manière à former un microcanal 10.Several substrates 21, 22, 23 are arranged to form a microchannel 10.

Un premier substrat 21 s'étend suivant la direction Y et présente une épaisseur suivant X. L'épaisseur du substrat 21 est de l'ordre de quelques centaines de microns, par exemple 500µm, 700µm ou 1000µm.A first substrate 21 extends in the direction Y and has a thickness along X. The thickness of the substrate 21 is of the order of a few hundred microns, for example 500μm, 700μm or 1000μm.

Le premier substrat 21 est usiné de manière à obtenir des canaux traversant suivant l'épaisseur du substrat 21 définissant ainsi des portions de contrôle 16(i). Les portions de contrôle 16(i) peuvent être disposées en nid d'abeille et présenter un diamètre de l'ordre de quelques dizaines de microns. De préférence, chaque portion de contrôle 16(i) présente une section transversale circulaire, hexagonale ou ayant une forme du même type.The first substrate 21 is machined to obtain channels through the thickness of the substrate 21 thus defining control portions 16 (i). The control portions 16 (i) may be arranged in a honeycomb and have a diameter of the order of a few tens of microns. Preferably, each control portion 16 (i) has a circular cross section, hexagonal or having a shape of the same type.

Un canal traversant 17B de grand diamètre est également réalisé et disposé à proximité d'un bord du substrat 21. Le canal 17B est destiné à former une partie d'injection 17B de la portion d'injection 17 du microcanal 10.A through channel 17B of large diameter is also produced and disposed near an edge of the substrate 21. The channel 17B is intended to form an injection portion 17B of the injection portion 17 of the microchannel 10.

Une couche diélectrique 40 est disposée sur la paroi du substrat 21, plus précisément sur la paroi interne 15 des portions de contrôle 16(i). La paroi interne 15 du canal 17B peut également être recouverte de la couche diélectrique 40.A dielectric layer 40 is disposed on the wall of the substrate 21, more precisely on the inner wall 15 of the control portions 16 (i). The inner wall 15 of the channel 17B may also be covered with the dielectric layer 40.

Une couche hydrophobe est disposée sur la paroi du substrat 21.A hydrophobic layer is disposed on the wall of the substrate 21.

Les canaux 16(i) et 17B peuvent être obtenus par gravure plasma du type RIE du substrat 21. Le substrat 21 est par exemple en silicium. Le diamètre des portions de contrôle 16(i) est compris entre 1µm et 100µm, de préférence sensiblement 30µm. Le diamètre du canal 17B peut être de l'ordre de quelques centaines de microns.The channels 16 (i) and 17B can be obtained by plasma etching of the RIE type of the substrate 21. The substrate 21 is for example silicon. The diameter of the control portions 16 (i) is between 1 μm and 100 μm, preferably substantially 30 μm. The diameter of the channel 17B may be of the order of a few hundred microns.

La couche diélectrique peut être de la SiO2 obtenue par oxydation thermique.The dielectric layer may be SiO 2 obtained by thermal oxidation.

La couche hydrophobe peut être une couche de SiOC déposé par plasma. Un dépôt de silane hydrophobe en phase vapeur ou liquide peut être utilisé. De préférence, la face inférieure 21I du substrat 21 est protégée du dépôt de la couche hydrophobe de manière à garder une propriété hydrophile.The hydrophobic layer may be a plasma deposited SiOC layer. Hydrophobic silane deposition in the vapor or liquid phase may be used. Preferably, the lower face 21I of the substrate 21 is protected from the deposition of the hydrophobic layer so as to maintain a hydrophilic property.

Un deuxième substrat 22 est disposé de manière à être en contact avec la paroi inférieure 21I du substrat 21. Il comporte une première ouverture 2201 qui communique avec les portions de contrôle 16(i) et une seconde ouverture 2202 qui communique avec le canal 17B.A second substrate 22 is arranged to be in contact with the bottom wall 21I of the substrate 21. It has a first opening 2201 which communicates with the control portions 16 (i) and a second opening 2202 which communicates with the channel 17B.

Le deuxième substrat 22 peut être une carte fluidique du type circuit imprimé, par exemple en FR4, ou en céramique, en silicium, en verre, ou en polymère comme du polycarbonate.The second substrate 22 may be a printed circuit type card, for example FR4, or ceramic, silicon, glass, or polymer such as polycarbonate.

Une membrane souple 25 est disposée au niveau de la face inférieure 22I du substrat 22 de manière à fermer la première ouverture 2201 en son extrémité inférieure 22I. La membrane définit ainsi avec les substrats 21 et 22 un réservoir 60 pouvant contenir le liquide F1.A flexible membrane 25 is disposed at the lower face 22I of the substrate 22 so as to close the first opening 2201 at its lower end 22I. The membrane thus defines with the substrates 21 and 22 a reservoir 60 that can contain the liquid F 1 .

La membrane souple peut être un film mince d'élastomère ou un soufflet, collé à la face inférieure du substrat 22.The flexible membrane may be a thin film of elastomer or a bellows glued to the underside of the substrate 22.

Un troisième substrat 23 est disposé sur la face supérieure 21S du substrat 21. Le substrat 23 comporte une ou plusieurs échancrures de manière à former, en coopération avec le substrat 21, une ou plusieurs cavités du microcanal 10. Plus précisément, une première échancrure 23E1 du substrat 23 est disposée sensiblement en regard des portions de contrôle 16(i) de manière à former une portion de raccord 18 du microcanal 10. Une deuxième échancrure 23E2 est disposée sensiblement en regard du canal 17B de manière à former une partie de stockage 17A.A third substrate 23 is disposed on the upper face 21S of the substrate 21. The substrate 23 comprises one or more notches so as to form, in cooperation with the substrate 21, one or more cavities of the microchannel 10. More specifically, a first notch 23E1 of the substrate 23 is disposed substantially opposite the control portions 16 (i) so as to forming a connecting portion 18 of the microchannel 10. A second notch 23E2 is disposed substantially opposite the channel 17B so as to form a storage portion 17A.

La partie de stockage 17A communique avec la partie d'injection 17B, de manière à former ensemble la portion d'injection 17 du microcanal 10.The storage portion 17A communicates with the injection portion 17B, so as to form together the injection portion 17 of the microchannel 10.

Les échancrures 23E1 et 23E2 présentent une hauteur suivant Y comprise entre 100µm et quelques millimètres, de préférence 1mm. L'échancrure 23E1 peut présenter une hauteur plus faible que l'échancrure 23E2, pour limiter le volume de fluide F2 nécessaire.The notches 23E1 and 23E2 have a height along Y between 100μm and a few millimeters, preferably 1mm. The notch 23E1 may have a lower height than the notch 23E2, to limit the volume of fluid F 2 required.

La portion de raccord 18 et la partie de stockage 17A peuvent communiquer entre elles par l'intermédiaire d'un conduit de communication 18C de hauteur comprise entre quelques dizaines de microns et quelques centaines de microns, de préférence 100µm.The connection portion 18 and the storage portion 17A can communicate with each other via a communication conduit 18C of height between a few tens of microns and a few hundred microns, preferably 100 .mu.m.

Le troisième substrat 23 peut être en silicium ou en verre. Il peut être assemblé au premier substrat 21 par sérigraphie de colle. Un scellement direct peut également être réalisé, par soudure anodique ou collage moléculaire.The third substrate 23 may be silicon or glass. It can be assembled to the first substrate 21 by screen printing glue. Direct sealing can also be achieved by anodic bonding or molecular bonding.

Enfin, un tube 24 comprenant un microcanal peut être agencé de manière à communiquer avec le canal 17B du substrat 21. Le microcanal du tube 24 a pour but de prolonger le canal 17B pour faciliter l'injection du liquide dans une zone à traiter. Le composant 24 peut également être un cathéter, une aiguille comprenant un microcanal, ou un raccord entre le canal 17B et une aiguille ou un cathéter.Finally, a tube 24 comprising a microchannel may be arranged to communicate with the channel 17B of the substrate 21. The microchannel of the tube 24 is intended to extend the channel 17B to facilitate the injection of the liquid in an area to be treated. The component 24 may also be a catheter, a needle comprising a microchannel, or a connection between the channel 17B and a needle or catheter.

Les liquides F1, F3 et le fluide F2 remplissent le microcanal 10 de la manière suivante.The liquids F 1 , F 3 and the fluid F 2 fill the microchannel 10 in the following manner.

Le liquide piston F1 remplit partiellement les portions de contrôle 16(i) suivant la direction X.The piston liquid F 1 partially fills the control portions 16 (i) in the direction X.

Le fluide F2 remplit la portion de raccord 18 et le conduit de communication 18C. Il remplit également partiellement les portions de contrôle 16(i) de manière à former une interface I1(i) dans chaque portion de contrôle 16(i) avec le liquide piston F1. Il remplit également partiellement la partie de stockage 17A de la portion d'injection 17.The fluid F 2 fills the connecting portion 18 and the communication conduit 18C. It also partially fills the control portions 16 (i) so as to form an interface I 1 (i) in each control portion 16 (i) with the piston liquid F 1 . It also partially fills the storage portion 17A of the injection portion 17.

Le liquide d'intérêt F3 remplit partiellement la partie de stockage 17A de la portion d'injection 17 de manière à former une interface I3 avec le fluide F2. Le liquide d'intérêt F3 remplit également la partie d'injection 17B, et au moins partiellement le microcanal du tube 24.The liquid of interest F 3 partially fills the storage portion 17A of the injection portion 17 so as to form an interface I 3 with the fluid F 2 . The liquid of interest F 3 also fills the injection part 17B, and at least partially the microchannel of the tube 24.

Comme décrit précédemment, la force d'électromouillage peut être générée, soit à partir de l'activation d'électrodes 30 disposées au niveau des portions de contrôle 16(i), soit à partir de l'activation du substrat polarisé 21.As previously described, the electrowetting force may be generated, either from the activation of electrodes 30 disposed at the control portions 16 (i), or from the activation of the biased substrate 21.

Une électrode 70 formant contre-électrode est disposée, par exemple, dans le réservoir 60 pour porter le liquide piston F1 conducteur à un potentiel V0.A counterelectrode electrode 70 is arranged, for example, in the tank 60 to carry the piston liquid F 1 to a potential V0.

Dans le premier cas, chaque portion de contrôle 16(i) a la paroi interne 15 recouverte d'une couche métallique formant électrode 30. Une couche diélectrique 40 est déposée sur l'électrode 30.In the first case, each control portion 16 (i) has the inner wall 15 covered with a layer electrode metal 30. A dielectric layer 40 is deposited on the electrode 30.

Les électrodes 30(i) et la contre-électrode 70 sont connectées à une source de tension 80.The electrodes 30 (i) and the counterelectrode 70 are connected to a voltage source 80.

Les électrodes 30(i) peuvent être reliées à la source de tension 80 par l'intermédiaire d'une ligne enterrée (non représentée) à la surface du substrat 21 et d'une électrode 33 connectée à la ligne enterrée et à la source de tension.The electrodes 30 (i) may be connected to the voltage source 80 via a buried line (not shown) on the surface of the substrate 21 and an electrode 33 connected to the buried line and the source of the voltage.

Dans le second cas, le premier substrat 21 est électriquement conducteur. Il peut être réalisé en silicium dopé de manière à augmenter la conductivité électrique. Une électrode 33 est disposée en contact avec le substrat 21 pour le porter à un potentiel déterminé V1.In the second case, the first substrate 21 is electrically conductive. It can be made of silicon doped so as to increase the electrical conductivity. An electrode 33 is disposed in contact with the substrate 21 to bring it to a determined potential V1.

La couche diélectrique 40 est disposée de manière à isoler électriquement le liquide F1 du substrat 21 polarisé.The dielectric layer 40 is arranged to electrically isolate the liquid F 1 from the polarized substrate 21.

Le substrat 21 et la contre-électrode 70 sont connectés à une source de tension 80.The substrate 21 and the counter-electrode 70 are connected to a voltage source 80.

Le principe de fonctionnement du dispositif de déplacement selon le quatrième mode de réalisation est identique à celui du premier ou second mode de réalisation préféré, et n'est donc pas repris ici.The operating principle of the displacement device according to the fourth embodiment is identical to that of the first or second preferred embodiment, and is therefore not repeated here.

Le dispositif présente alors l'avantage de pouvoir stocker une grande quantité de liquide F3. En effet, la hauteur de la partie de stockage 17A peut être augmentée sensiblement. Ainsi, la somme des volumes de liquide F1 déplacés dans les portions de contrôle 16(i) égale sensiblement le volume de liquide F3 déplacé. Pour une même course de contrôle des interfaces I1(i) que dans le cas d'une portion unique de contrôle 16 (figure 4A), une plus grande quantité de liquide F3 est déplacée et injectée hors du dispositif selon l'invention.The device then has the advantage of being able to store a large quantity of liquid F 3 . Indeed, the height of the storage portion 17A can be increased substantially. Thus, the sum of the liquid volumes F 1 displaced in the control portions 16 (i) substantially equalizes the liquid volume F 3 displaced. For the same control stroke of the interfaces I 1 (i) in the case of a single portion of control 16 ( Figure 4A ), a larger amount of liquid F 3 is moved and injected out of the device according to the invention.

De plus, le dispositif de déplacement de liquide est particulièrement compact et peut être intégré facilement dans les laboratoires sur puce.In addition, the liquid displacement device is particularly compact and can be easily integrated in labs on a chip.

Il permet également d'obtenir un débit plus important par la mise en parallèle d'un grand nombre de portions de contrôle.It also makes it possible to obtain a higher throughput by paralleling a large number of control portions.

Un cinquième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en détail en référence à la figure 9. La figure 9 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'une partie du dispositif microfluidique de déplacement de liquide, adaptée pour minimiser l'influence de l'hystérésis de l'angle de contact.A fifth embodiment of the invention will now be described in detail with reference to the figure 9 . The figure 9 is a schematic representation in longitudinal section of a portion of the microfluidic liquid displacement device, adapted to minimize the influence of the hysteresis of the contact angle.

L'hystérésis de l'angle de contact résulte des défauts de surface, comme par exemple des inhomogénéités chimiques ou de rugosité de la surface. L'angle de contact d'une goutte posée sur une surface n'est alors pas unique mais compris entre deux valeurs limites appelées angle d'avancée et angle de recul. Ainsi, une ligne triple ne va avancer (resp. reculer) qu'à partir du moment où l'angle de contact atteint l'angle d'avancée (resp. de recul).The hysteresis of the contact angle results from surface defects, such as chemical inhomogeneities or roughness of the surface. The contact angle of a drop placed on a surface is not then unique but between two limit values called advancing angle and recoil angle. Thus, a triple line will only advance (or retreat) from the moment when the contact angle reaches the advancing (or receding) angle.

La figure 9 montre une partie du microcanal 10. L'interface I3, située dans la portion d'injection, est au repos (trait pointillé) et forme à la paroi un angle de contact θ3 compris entre l'angle de recul θ3,R et l'angle d'avancée θ3,A. Lorsque le fluide F2, sous la pression du liquide piston F1, exerce une pression sur le liquide d'intérêt F3, l'interface I3 va progressivement se déformer sans que la ligne triple ne recule, tant que l'angle de contact θ3 reste différent de l'angle de recul θ3,R. Lorsque θ3 est égal à θ3,R, la ligne triple recule en direction de la seconde extrémité 12B du microcanal 10.The figure 9 shows a portion of the microchannel 10. The interface I 3 , located in the injection portion, is at rest (dashed line) and forms at the wall a contact angle θ 3 between the recoil angle θ 3, R and the advancing angle θ 3, A. When the fluid F 2 , under the pressure of the piston liquid F 1 , exerts a pressure on the liquid of interest F 3 , the interface I 3 will gradually deform without the triple line is back, as long as the angle of contact θ 3 remains different from the recoil angle θ 3, R. When θ 3 is equal to θ 3, R , the triple line moves back towards the second end 12B of the microchannel 10.

Ce comportement physique de l'interface I3, dû à l'hystérésis de l'angle de contact, présente plusieurs inconvénients.This physical behavior of the interface I 3 , due to the hysteresis of the contact angle, has several disadvantages.

D'une part, l'existence de l'angle de recul θ3,R introduit une sorte de barrière de pression à franchir pour déplacer la ligne triple de l'interface I3 puis le liquide F3. Si la force de pression exercée par le liquide F1 sur le liquide F3 par l'intermédiaire du fluide F2 est insuffisante pour dépasser cette barrière de pression, l'hystérésis empêche alors le déplacement de la ligne triple du liquide F3, et bloque par conséquent le déplacement du liquide F1. Le dispositif de déplacement est alors rendu inopérant.On the one hand, the existence of the recoil angle θ 3, R introduces a kind of pressure barrier to be crossed in order to move the triple line of the interface I 3 and then the liquid F 3 . If the pressure force exerted by the liquid F 1 on the liquid F 3 via the fluid F 2 is insufficient to exceed this pressure barrier, the hysteresis then prevents the displacement of the triple line of the liquid F 3 , and therefore blocks the movement of the liquid F 1 . The displacement device is then rendered inoperative.

D'autre part, comme expliqué précédemment, la ligne triple de l'interface I3 et ensuite le liquide F3 sont mis en mouvement lorsque l'angle de contact θ3 atteint la valeur de l'angle de recul θ3,R. Ainsi, si par ailleurs le fluide F2 est compressible, un temps de retard est introduit pendant lequel le débit du liquide F3 au travers de la seconde ouverture 11B n'est pas équivalent au débit du liquide F1. Cela peut perturber le contrôle de la quantité de liquide F3 injecté hors du dispositif.On the other hand, as explained above, the triple line of the interface I 3 and then the liquid F 3 are set in motion when the contact angle θ 3 reaches the value of the recoil angle θ 3, R. Thus, if, moreover, the fluid F 2 is compressible, a delay time is introduced during which the flow rate of the liquid F 3 through the second opening 11B is not equivalent to the flow rate of the liquid F 1 . This can disrupt the control of the amount of liquid F 3 injected out of the device.

Dans le but de minimiser l'effet de l'hystérésis de l'angle de contact, la hauteur H de la portion d'injection 17 est rendue sensiblement plus grande que la hauteur h de la portion de contrôle 16. En effet, la pression liée aux phénomènes d'hystérésis est proportionnelle à H -1. Ainsi, la hauteur H peut être comprise entre 5h et 50h, de préférence 10h.In order to minimize the effect of the hysteresis of the contact angle, the height H of the injection portion 17 is made substantially larger than the height h of the control portion 16. In fact, the pressure related to hysteresis phenomena is proportional to H -1 . Thus, the height H can be between 5h and 50h, preferably 10h.

Une portion de raccord 18 du microcanal 10 permet de relier la portion de contrôle 16 à la portion d'injection 17, plus précisément la seconde extrémité 16B de la portion de contrôle 16 est reliée à la portion d'injection 17. La portion de raccord 18 est remplie uniquement de fluide séparateur F2.A connecting portion 18 of the microchannel 10 connects the control portion 16 to the injection portion 17, more precisely the second end 16B of the control portion 16 is connected to the injection portion 17. The connecting portion 18 is filled only with separating fluid F 2 .

La barrière de pression induite par l'hystérésis à la ligne triple de l'interface I3 est alors sensiblement diminuée. On diminue ainsi les risques de blocage du déplacement du liquide F1 ainsi que le temps de retard de mise en mouvement de la ligne triple de l'interface I3.The pressure barrier induced by the hysteresis at the triple line of the interface I 3 is then substantially reduced. This reduces the risk of blocking the movement of the liquid F 1 and the delay time of setting in motion the triple line of the interface I 3 .

Un sixième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en détail en référence aux figures 10A à 11B.A sixth embodiment of the invention will now be described in detail with reference to Figures 10A to 11B .

Les figures 10A et 10B sont des représentations schématiques en coupe longitudinale d'un dispositif microfluidique de déplacement de liquide pour lequel la portion d'injection 17 du microcanal peut être simplement remplie, après dispense du liquide F3, par le même liquide d'intérêt F3. Le dispositif ainsi adapté est alors apte à être utilisé plusieurs fois.The Figures 10A and 10B are diagrammatic representations in longitudinal section of a microfluidic liquid displacement device for which the injection portion 17 of the microchannel can be simply filled, after dispensing liquid F 3 , with the same liquid of interest F 3 . The device thus adapted is then able to be used several times.

On considère ici, à titre illustratif, un dispositif de déplacement de liquide tel que décrit dans la figure 4A. Cependant, un dispositif tel que décrit dans les figures 5 à 9 peut également être utilisé.As an illustration, a liquid displacement device as described herein is considered here. in the Figure 4A . However, a device as described in Figures 5 to 9 can also be used.

Le système de remplissage 90 comprend un réservoir 91 de liquide d'intérêt F3 relié à la portion d'injection 17 du microcanal 10 par l'intermédiaire d'une vanne trois voies en L 92. Le liquide d'intérêt F3 stocké dans le réservoir 91 est injecté ou aspiré à l'aide d'une pompe ou d'un pousse-seringue (non représenté).The filling system 90 comprises a reservoir 91 of liquid of interest F 3 connected to the injection portion 17 of the microchannel 10 via an L-shaped three-way valve 92. The liquid of interest F 3 stored in the reservoir 91 is injected or aspirated by means of a pump or a syringe pump (not shown).

La vanne trois voies en L 92 est disposée dans la portion d'injection 17, à proximité de la seconde extrémité 12B, et divise ainsi la portion d'injection en deux parties, une première partie 17A de stockage et une seconde partie 17B d'injection. La première partie 17A de stockage est la partie de la portion d'injection 17 comprise entre la portion de contrôle 16 et la vanne 92. Elle comprend l'interface I3. La seconde partie 17B d'injection est la partie de la portion d'injection 17 comprise entre la vanne 92 et la seconde extrémité 12B du microcanal 10. Elle est remplie de liquide F3.The three-way L-shaped valve 92 is disposed in the injection portion 17, near the second end 12B, and thus divides the injection portion into two portions, a first storage portion 17A and a second portion 17B of injection. The first storage portion 17A is the portion of the injection portion 17 between the control portion 16 and the valve 92. It comprises the interface I 3 . The second injection portion 17B is the portion of the injection portion 17 between the valve 92 and the second end 12B of the microchannel 10. It is filled with liquid F 3 .

La vanne peut occuper deux états différents.The valve can occupy two different states.

Un premier état est un état de remplissage dans lequel la première partie de stockage 17A communique avec le réservoir 91.A first state is a filling state in which the first storage portion 17A communicates with the reservoir 91.

Un second état est un état d'injection dans lequel la première partie de stockage 17A communique avec la seconde partie d'injection 17B.A second state is an injection state in which the first storage portion 17A communicates with the second injection portion 17B.

Des moyens de commande (non représentés) permettent d'assurer la commutation de la vanne trois voies en L dans l'un des deux états définis.Control means (not shown) make it possible to switch the L-shaped three-way valve in one of the two defined states.

La commutation est opérée en fonction de la position l'interface I1 dans la portion de contrôle 16. Ainsi, lorsque l'interface I1 est sensiblement à proximité de la première extrémité 16A de la portion de contrôle 16, la vanne 92 commute dans son état d'injection. Lorsque l'interface I1 est sensiblement à proximité de la seconde extrémité 16B de la portion de contrôle 16, la vanne 92 commute dans son état de remplissage.The switching is effected according to the position of the interface I 1 in the control portion 16. Thus, when the interface I 1 is substantially close to the first end 16A of the control portion 16, the valve 92 switches to his injection state. When the interface I 1 is substantially close to the second end 16B of the control portion 16, the valve 92 switches to its filling state.

Le fonctionnement du dispositif de déplacement de liquide selon le sixième mode de réalisation est le suivant.The operation of the liquid displacement device according to the sixth embodiment is as follows.

Comme le montre la figure 10A, l'interface I1 est initialement située à proximité de la première extrémité 16A de la portion de contrôle 16. Le liquide F3 remplit sensiblement la première partie de stockage 17A de la portion d'injection 17 et la vanne 92 est dans l'état d'injection.As shown in figure 10A , the interface I 1 is initially located near the first end 16A of the control portion 16. The liquid F 3 substantially fills the first storage portion 17A of the injection portion 17 and the valve 92 is in the injection state.

Lorsque l'électrode 30 est activée, une force d'électromouillage est appliquée à la ligne triple de l'interface I1 et provoque le déplacement du liquide F1 en direction de la seconde extrémité 16B de la portion de contrôle 16. Par conséquent, le liquide F1 « pousse » le fluide F2 dans la même direction. Le liquide d'intérêt F3 est alors mis en déplacement en direction de la seconde extrémité 12B du microcanal 10 et injecté en dehors du dispositif par l'intermédiaire de la seconde ouverture 11B.When the electrode 30 is activated, an electrowetting force is applied to the triple line of the interface I 1 and causes the liquid F 1 to move towards the second end 16B of the control portion 16. the liquid F 1 "pushes" the fluid F 2 in the same direction. The liquid of interest F 3 is then moved in the direction of the second end 12B of the microchannel 10 and injected outside the device through the second opening 11B.

Lorsque l'interface I1 arrive en bout de course (figure 10B), c'est-à-dire lorsqu'elle arrive sensiblement à proximité de la seconde extrémité 16B de la portion de contrôle 16, l'électrode 30 est désactivée et la vanne 92 commute dans l'état de remplissage.When the interface I 1 reaches the end of its run ( figure 10B ), that is to say when it arrives substantially near the second end 16B of the control portion 16, the electrode 30 is deactivated and the valve 92 switches to the filling state.

Le réservoir 91 est alors mis en communication avec la partie de stockage 17A de la portion d'injection 17.The reservoir 91 is then placed in communication with the storage portion 17A of the injection portion 17.

Le liquide d'intérêt F3 stocké dans le réservoir 91 remplit alors progressivement la partie de stockage 17A de la portion d'injection 17, sous la force de pression exercée sur le liquide F3 dans le réservoir 91.The liquid of interest F 3 stored in the tank 91 then progressively fills the storage portion 17A of the injection portion 17, under the pressure force exerted on the liquid F 3 in the tank 91.

Ce faisant, il déplace le liquide F1 par l'intermédiaire du fluide F2 jusqu'à ce que l'interface I1 soit située sensiblement au niveau de la première extrémité 16A de la portion de contrôle 16. Le dispositif de déplacement de liquide est alors rempli.In doing so, it moves the liquid F1 through the fluid F 2 until the interface I 1 is located substantially at the first end 16A of the control portion 16. The liquid displacement device is then filled.

Rappelons que du fait de l'absence de champ électrique, il n'y a pas de force d'électromouillage appliquée à la ligne triple de l'interface I1 qui induirait un déplacement du liquide F1 en direction de la seconde extrémité 16A de la portion de contrôle 16, et s'opposerait au remplissage du microcanal par le liquide F3. Aussi, le liquide F1 peut facilement être déplacé par le liquide d'intérêt F3 du réservoir 91.Recall that due to the absence of an electric field, there is no electrowetting force applied to the triple line of the interface I 1 which would induce a displacement of the liquid F 1 towards the second end 16A of the control portion 16, and oppose the filling of the microchannel by the liquid F 3 . Also, the liquid F 1 can easily be displaced by the liquid of interest F 3 of the tank 91.

Pour être prêt pour une nouvelle utilisation, la vanne 92 commute dans son état d'injection. Il suffit alors d'imposer un champ électrique entre l'électrode 30 et la contre-électrode 70 pour que, du fait du déplacement de l'interface I1, le liquide d'intérêt F3 soit injecté hors du dispositif.To be ready for a new use, the valve 92 switches to its injection state. It then suffices to impose an electric field between the electrode 30 and the counter-electrode 70 so that, because of the displacement of the interface I 1 , the liquid of interest F 3 is injected out of the device.

Selon une variante représentée schématiquement dans les figures 11A et 11B, le dispositif de déplacement de liquide est adapté pour dispenser en continu le liquide d'intérêt F3.According to a variant shown schematically in the Figures 11A and 11B , the device for moving liquid is adapted to continuously dispense the liquid of interest F 3 .

Pour cela, le dispositif de déplacement de liquide comprend deux dispositifs D1 et D2 tels que décrits dans la figure 4A et un réservoir 91 contenant le liquide d'intérêt F3.For this, the liquid displacement device comprises two devices D1 and D2 as described in FIG. Figure 4A and a reservoir 91 containing the liquid of interest F 3 .

Un repère (Xi,Y) est représenté dans la figure 11A pour chaque dispositif Di, où i=1,2. Chaque direction Xi est parallèle à l'axe longitudinal de la portion de contrôle 16 et orientée vers la portion d'injection 17.A reference (X i , Y) is represented in the figure 11A for each device Di, where i = 1.2. Each direction X i is parallel to the longitudinal axis of the control portion 16 and oriented towards the injection portion 17.

Les dispositifs D1 et D2 et le réservoir 91 sont reliés entre eux par une vanne 94 quatre voies à 90°. Les dispositifs D1 et D2 ont en commun, en aval de la vanne 94, la partie d'injection 17B de la portion d'injection 17.The devices D1 and D2 and the tank 91 are connected to each other by a four-way valve 94 at 90 °. The devices D1 and D2 have, in common, downstream of the valve 94, the injection portion 17B of the injection portion 17.

Les deux dispositifs D1 et D2 ont une structure et un fonctionnement similaires à ce qui a été décrit en référence aux figures 10A et 10B. Les caractéristiques différentes seront simplement détaillées ici.Both devices D1 and D2 have a structure and operation similar to that described with reference to Figures 10A and 10B . The different features will be simply detailed here.

La vanne 94 peut commuter dans deux états différents.The valve 94 can switch to two different states.

Un premier état correspond à l'injection de liquide F3 du dispositif D1 et au remplissage en liquide F3 du dispositif D2. Pour cela, la vanne 94 met en communication, d'une part la partie de stockage 17A du dispositif D1 avec la partie d'injection 17B, et d'autre part le réservoir 91 avec la partie de stockage 17A du dispositif D2.A first state corresponds to the liquid injection F 3 of the device D1 and to the liquid filling F 3 of the device D2. For this, the valve 94 communicates, on the one hand the storage portion 17A of the device D1 with the injection portion 17B, and on the other hand the tank 91 with the storage portion 17A of the device D2.

Le second état correspond, à l'inverse, au remplissage en liquide F3 du dispositif D1 et à l'injection en liquide F3 du dispositif D2. Pour cela, la vanne 94 met en communication, d'une part la partie de stockage 17A du dispositif D2 avec la partie d'injection 17B, et d'autre part le réservoir 91 avec la partie de stockage 17A du dispositif D1.The second state corresponds, on the contrary, to the liquid filling F3 of the device D1 and to the liquid injection F3 of the device D2. For that, the valve 94 communicates, on the one hand the storage portion 17A of the device D2 with the injection portion 17B, and on the other hand the tank 91 with the storage portion 17A of the device D1.

Le principe de fonctionnement est le suivant.The operating principle is as follows.

En référence à la figure 11A, lorsque le dispositif D2 est rempli du liquide F3 par le réservoir 91, le dispositif D1 dispense le liquide F3 à partir de sa partie de stockage 17A, la vanne 94 occupant alors le premier état.With reference to the figure 11A when the device D2 is filled with the liquid F 3 by the reservoir 91, the device D1 dispenses the liquid F 3 from its storage portion 17A, the valve 94 then occupying the first state.

Puis, lorsque l'interface I1 du dispositif D1 arrive sensiblement au niveau de la seconde extrémité 16B de la portion de contrôle 16, le champ électrique du dispositif D1 est désactivé, la vanne 94 commute dans son second état (figure 11B), le champ électrique du dispositif D2 est activé. Le dispositif D2 dispense alors le liquide F3 à partir de sa partie de stockage 17A pendant que le réservoir 91 remplit de liquide F3 la partie de stockage 17A du dispositif D1.Then, when the interface I 1 of the device D1 arrives substantially at the second end 16B of the control portion 16, the electric field of the device D1 is deactivated, the valve 94 switches to its second state ( Figure 11B ), the electric field of the device D2 is activated. The device D2 then dispenses the liquid F 3 from its storage portion 17A while the reservoir 91 fills the liquid F 3 the storage portion 17A of the device D1.

Ainsi, le liquide d'intérêt F3 est dispensé hors du dispositif selon l'invention de manière continue et non de manière saccadée.Thus, the liquid of interest F 3 is dispensed out of the device according to the invention continuously and not in a jerky manner.

Bien entendu, selon une variante non représentée, plusieurs dispositifs de déplacement peuvent être reliés entre eux au niveau de la partie d'injection 17B de leur portion d'injection 17 respective. Ainsi, dans la mesure où ils dispensent des liquides d'intérêt F3 de composition différente et non miscibles entre eux, il est possible d'obtenir la dispense continue de bouchons de liquide d'intérêt F3 différents.Of course, according to a variant not shown, several displacement devices can be connected to each other at the injection portion 17B of their respective injection portion 17. Thus, insofar as they dispense liquids of interest F 3 of different composition and immiscible with each other, it is possible to obtain the continuous exemption of different liquid plugs of interest F 3 .

Dans le cas où deux, ou plus, dispositifs selon la variante du sixième mode de réalisation sont reliés entre eux au niveau de la partie d'injection 17B de leur portion d'injection 17 respective, il est possible d'obtenir l'injection continue de liquides F3 occupant chacun une partie de la section transversale de la partie d'injection 17B de la portion d'injection 17. Le mélange entre les liquides d'intérêt F3 respectifs peut éventuellement avoir lieu par diffusion avant injection au travers de l'ouverture 11B du microcanal 10.In the case where two or more devices according to the variant of the sixth embodiment are connected to each other at the injection portion 17B of their respective injection portion 17, it is possible to obtain the continuous injection of liquids F 3 each occupying a portion of the cross section of the injection portion 17B of the injection portion 17. The mixture between the respective liquids of interest F 3 can possibly take place by diffusion before injection through the opening 11B of the microchannel 10.

Ce dispositif permet d'injecter des liquides d'intérêt F3 qui ne peuvent être préalablement stockés ensemble dans un réservoir.This device makes it possible to inject liquids of interest F3 that can not be previously stored together in a tank.

Un septième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en détail en référence aux figures 12A à 13B, qui sont des représentations schématiques du dispositif de déplacement de liquide comprenant d'un système d'asservissement du déplacement du liquide piston F1, dans le but de contrôler précisément la quantité de liquide d'intérêt F3 injecté.A seventh embodiment of the invention will now be described in detail with reference to Figures 12A to 13B , which are schematic representations of the liquid displacement device comprising a system for controlling the displacement of the piston liquid F 1 , in order to precisely control the quantity of liquid of interest F 3 injected.

Les figures 12A et 12B représentent le dispositif de déplacement pour lequel le déplacement du liquide F1 dépend de la position de l'interface I1.The Figures 12A and 12B represent the displacement device for which the displacement of the liquid F 1 depends on the position of the interface I 1 .

Les figures 13A et 13B montrent des variantes des modes de réalisation représentés dans les figures 12A et 12B, pour lesquels le déplacement du liquide F1 dépend de la position de l'interface I3.The Figures 13A and 13B show variants of the embodiments shown in the Figures 12A and 12B , for which the displacement of the liquid F 1 depends on the position of the interface I 3 .

En référence aux figures 12A et 12B, le système d'asservissement comprend un dispositif de mesure capacitive permettant de déterminer la position de l'interface I1 et de commander le déplacement du liquide F1.With reference to Figures 12A and 12B , the servo system comprises a measuring device capacitive to determine the position of the interface I 1 and control the movement of the liquid F 1 .

Dans le premier mode de réalisation, le dispositif de détermination de position par mesure capacitive est connecté à l'électrode 30 et à la contre-électrode 70.In the first embodiment, the capacitive measurement position determining device is connected to the electrode 30 and the counter electrode 70.

Il comprend une source de tension alternative 180. La fréquence de celle-ci est de préférence éloignée de celle de la tension fournie par la source de tension 80. Elle est avantageusement cent fois plus élevée. Par exemple, elle peut être de l'ordre de quelques centaines de kilohertz si la fréquence de la tension fournie par la source de tension 80 est de l'ordre de quelques kilohertz. L'amplitude est de préférence de l'ordre de dix à cent fois plus petite que celle de la tension délivrée par la source de tension 80, et est de préférence de l'ordre d'une dizaine de volt.It comprises an alternating voltage source 180. The frequency thereof is preferably remote from that of the voltage supplied by the voltage source 80. It is advantageously one hundred times higher. For example, it may be of the order of a few hundred kilohertz if the frequency of the voltage supplied by the voltage source 80 is of the order of a few kilohertz. The amplitude is preferably of the order of ten to one hundred times smaller than that of the voltage delivered by the voltage source 80, and is preferably of the order of about ten volts.

Dans le but de mesurer la capacité formée entre le liquide polarisé F1 et l'électrode 30, une capacité 141B est mise en série avec l'électrode 30, pour former un diviseur capacitif.In order to measure the capacitance formed between the polarized liquid F 1 and the electrode 30, a capacitance 141B is put in series with the electrode 30 to form a capacitive divider.

La valeur de la capacité 141B peut être comprise entre 10pF et 500pF, et vaut de préférence 100pF.The value of the capacity 141B can be between 10pF and 500pF, and is preferably 100pF.

Un voltmètre 141A mesure la tension aux bornes de la capacité 141B.A voltmeter 141A measures the voltage across the capacitor 141B.

Par ailleurs, il est possible de remplacer la capacité 141B et le voltmètre 141A par un analyseur d'impédance.In addition, it is possible to replace the capacity 141B and the voltmeter 141A by an impedance analyzer.

La tension mesurée est transmise à des moyens de calcul 142 de la position de l'interface I1.The measured voltage is transmitted to computing means 142 of the position of the interface I 1 .

A partir de la tension mesurée, les moyens de calcul 142 calculent la valeur de la capacité formée entre le liquide polarisé F1 et l'électrode 30 et en déduisent le taux de recouvrement de la couche diélectrique 40 par le liquide F1. A partir du taux de recouvrement et connaissant la position de la couche diélectrique 40, les moyens de calcul 142 déterminent la position de l'interface I1 dans le microcanal 10.From the measured voltage, the calculation means 142 calculate the value of the capacitance formed between the polarized liquid F 1 and the electrode 30 and deduce from this the degree of overlap of the dielectric layer 40 by the liquid F 1 . From the recovery rate and knowing the position of the dielectric layer 40, the calculation means 142 determine the position of the interface I 1 in the microchannel 10.

La position de l'interface I1 est ensuite transmise à des moyens de commande 152. Ceux-ci sont connectés à la source de tension 80, et permettent de faire varier la valeur de la tension générée.The position of the interface I 1 is then transmitted to control means 152. These are connected to the voltage source 80, and make it possible to vary the value of the voltage generated.

La variation de la tension générée par la source de tension 80 permet de contrôler notamment la vitesse de déplacement du liquide F1.The variation of the voltage generated by the voltage source 80 makes it possible in particular to control the speed of movement of the liquid F 1 .

Les moyens de calcul 142 et le moyen de commande 152 sont par exemple disposés sur un circuit imprimé (non représenté).The calculation means 142 and the control means 152 are for example arranged on a printed circuit (not shown).

Ainsi, le système d'asservissement permet de contrôler le déplacement du liquide F1 en fonction de la position de l'interface I1 détectée par mesure capacitive.Thus, the servo system makes it possible to control the displacement of the liquid F 1 as a function of the position of the interface I 1 detected by capacitive measurement.

Le fonctionnement du dispositif de déplacement contrôlé de liquide selon le premier mode de réalisation de l'invention est le suivant.The operation of the liquid controlled displacement device according to the first embodiment of the invention is as follows.

La source de tension 80 active l'électrode 30 et permet le déplacement du liquide F1.The voltage source 80 activates the electrode 30 and allows the liquid F 1 to move .

L'activation de la source de tension 180 permet de mesurer la capacité formée entre le liquide polarisé F1 et l'électrode 30. Pour cela, le voltmètre 141A du dispositif de mesure capacitive mesure la tension aux bornes de la capacité 141B et envoie le signal mesuré aux moyens de calcul 142.The activation of the voltage source 180 makes it possible to measure the capacitance formed between the polarized liquid F 1 and the electrode 30. For this, the voltmeter 141A of the capacitive measuring device measures the voltage at the terminals of the capacity 141B and sends the measured signal to the calculation means 142.

Les moyens de calcul 142 de la position de l'interface I1 permettent d'obtenir de la tension mesurée le taux de recouvrement par le liquide F1 de la couche diélectrique 40 et en déduisent la position de l'interface I1. La position de l'interface I1 est transmise aux moyens de commande 152.The calculation means 142 of the position of the interface I 1 make it possible to obtain from the measured voltage the rate of recovery by the liquid F 1 of the dielectric layer 40 and deduce therefrom the position of the interface I 1 . The position of the interface I 1 is transmitted to the control means 152.

En fonction du signal reçu, les moyens de commande 152 déterminent la valeur de la différence de potentiel à appliquer par la source de tension 80.Depending on the received signal, the control means 152 determine the value of the potential difference to be applied by the voltage source 80.

En fonction de l'intensité de la différence de potentiel appliquée par la source de tension 80, une force d'électromouillage plus ou moins importante est générée au niveau de l'interface I1. Son intensité permet de contrôler notamment la vitesse de déplacement du liquide F1.Depending on the intensity of the potential difference applied by the voltage source 80, a more or less significant electrowetting force is generated at the interface I 1 . Its intensity makes it possible to control in particular the speed of movement of the liquid F 1 .

La force d'électromouillage provoque ainsi le déplacement du liquide F1 dans la direction X qui « pousse » dans la même direction le fluide F2, et ainsi le liquide F3.The electrowetting force thus causes the displacement of the liquid F 1 in the direction X which "pushes" in the same direction the fluid F 2 , and thus the liquid F 3 .

La figure 12B montre une variante du mode de réalisation représenté dans la figure 12A.The figure 12B shows a variant of the embodiment shown in the figure 12A .

Une matrice d'électrodes 30 est disposée sur une face du microcanal 10.An array of electrodes 30 is disposed on one side of the microchannel 10.

La contre-électrode 70 est ici une électrode formée sur une partie de la paroi interne 15 du microcanal 10 en regard de la matrice d'électrode 30. Elle peut toutefois être un fil caténaire (figure 2) ou un fil enterré.The counter-electrode 70 is here an electrode formed on a part of the inner wall 15 of the microchannel 10 facing the electrode matrix 30. It may, however, be a catenary wire ( figure 2 ) or buried wire.

Des moyens de commutation 121 sont prévus pour activer une électrode 30(i) de la matrice d'électrodes 30. Leur fermeture établit un contact entre l'électrode 30(i) et la source de tension 80. Les moyens de commutation 121 sont commandés par un pilote d'activation (non représenté).Switching means 121 are provided for activating an electrode 30 (i) of the electrode matrix 30. Their closure makes contact between the electrode 30 (i) and the voltage source 80. The switching means 121 are controlled by an activation driver (not shown).

Lorsque l'électrode 30(1) située à proximité de l'interface I1 est activée, à l'aide des moyens de commutation 121, la couche diélectrique 40 entre cette électrode activée et le liquide sous tension agit comme une capacité.When the electrode 30 (1) located near the interface I 1 is activated, using the switching means 121, the dielectric layer 40 between this activated electrode and the liquid under tension acts as a capacitance.

Le liquide F1 peut être déplacé de proche en proche, sur la surface hydrophobe, par activation successive des électrodes 30 (1), 30 (2)... etc.The liquid F 1 can be moved step by step on the hydrophobic surface by successive activation of the electrodes 30 (1), 30 (2), etc.

Avantageusement, le substrat 20, dans le cas où il est légèrement conducteur, par exemple en silicium, est porté à un potentiel déterminé. Par exemple, il peut être mis à la masse.Advantageously, the substrate 20, in the case where it is slightly conductive, for example made of silicon, is brought to a determined potential. For example, it can be grounded.

Pour cela, une électrode (non représentée) sous forme de couche métallique peut être avantageusement formée sur la paroi externe du substrat 20 en vis-à-vis de la matrice d'électrodes 30. Elle peut s'étendre sur toute la longueur de la matrice d'électrodes 30.For this, an electrode (not shown) in the form of a metal layer may advantageously be formed on the outer wall of the substrate 20 opposite the electrode matrix 30. It may extend over the entire length of the electrode matrix 30.

Porter le substrat 20 à un potentiel déterminé permet d'éviter les perturbations électrostatiques entre les électrodes 30 de la matrice qui peuvent bruiter le signal de mesure de la capacité. La mesure de la capacité est alors plus précise, ce qui améliore la précision générale de fonctionnement du système d'asservissement.Bringing the substrate 20 to a determined potential makes it possible to avoid electrostatic disturbances between the electrodes 30 of the matrix which can noisy the signal for measuring the capacitance. The measurement of the capacity is then more precise, which improves the overall operating accuracy of the servo system.

Les figures 13A et 13B sont des représentations schématiques en coupe longitudinale d'un dispositif de déplacement de liquide selon une variante du septième mode de réalisation de l'invention, pour lequel l'interface détectée est différente de celle soumise aux forces d'électromouillage.The Figures 13A and 13B are diagrammatic representations in longitudinal section of a liquid displacement device according to a variant of the seventh embodiment of the invention, for which the detected interface is different from that subjected to the electrowetting forces.

Selon ce mode de réalisation de l'invention, le système d'asservissement est adapté pour contrôler le déplacement du liquide F1 en fonction de la position d'une interface I3. Le liquide F3 est ici électriquement conducteur, mais il peut également être diélectrique, comme expliqué plus loin.According to this embodiment of the invention, the servo system is adapted to control the movement of the liquid F 1 as a function of the position of an interface I 3 . The liquid F 3 is here electrically conductive, but it can also be dielectric, as explained below.

De la même manière que dans le premier mode de réalisation, le déplacement du liquide F1 est assuré par l'activation de l'électrode 30 reliée à une source de tension 80.In the same way as in the first embodiment, the displacement of the liquid F 1 is ensured by the activation of the electrode 30 connected to a voltage source 80.

Le dispositif de mesure capacitive du système d'asservissement comprend au moins une électrode 130 formée sur la paroi interne 15 du microcanal 10 et s'étend suivant le sens longitudinal du microcanal 10. Elle est dite enterrée et s'étend sur une partie ou sur la totalité du périmètre du microcanal 10.The capacitive measuring device of the servo system comprises at least one electrode 130 formed on the inner wall 15 of the microchannel 10 and extends in the longitudinal direction of the microchannel 10. It is said buried and extends over a part or the entire perimeter of the microchannel 10.

La longueur de l'électrode 130 définit une portion de détection 160. L'interface I3 est située dans la portion de détection 160.The length of the electrode 130 defines a detection portion 160. The interface I 3 is located in the detection portion 160.

Une contre-électrode 170 est formée sur la paroi interne 15 du microcanal 10 en regard de l'électrode 130. La contre-électrode 170 peut également être un fil enterré, ou être disposée dans le microcanal 10 sous forme d'un fil caténaire, par exemple un fil en Au.A counter-electrode 170 is formed on the inner wall 15 of the microchannel 10 facing the electrode 130. The counter-electrode 170 may also be a buried wire, or be arranged in the microchannel 10 in the form of a catenary wire, for example a wire in Au.

De préférence, la contre-électrode 170 s'étend dans le microcanal 10 en vis-à-vis de l'électrode 130.Preferably, the counter-electrode 170 extends in the microchannel 10 vis-à-vis the electrode 130.

La source de tension 180 est connectée aux électrodes 130 et 170 pour appliquer une tension alternative selon les mêmes caractéristiques décrites précédemment. La valeur moyenne de la tension est nulle et la fréquence élevée pour éviter de provoquer la déformation de la courbure de l'interface F3 qui viendrait perturber la mesure capacitive.The voltage source 180 is connected to the electrodes 130 and 170 to apply an alternating voltage according to the same characteristics previously described. The average value of the voltage is zero and the high frequency to avoid causing the deformation of the curvature of the interface F 3 which would disturb the capacitive measurement.

En référence à la figure 13A, le dispositif de mesure capacitive comprend en outre une couche diélectrique 140 qui recouvre directement l'électrode 130.With reference to the figure 13A the capacitive measuring device further comprises a dielectric layer 140 which directly covers the electrode 130.

Lorsque la source de tension 180 est activée, la couche diélectrique 140 entre l'électrode 130 et le liquide sous tension F3 agit comme une capacité.When the voltage source 180 is turned on, the dielectric layer 140 between the electrode 130 and the energized liquid F3 acts as a capacitance.

La valeur de cette capacité peut être déduite de la tension mesurée aux bornes d'une capacité de référence 141B connectée en série à l'électrode 130.The value of this capacitance can be deduced from the voltage measured across a reference capacitor 141B connected in series with the electrode 130.

Les moyens de calcul 142 permettent de calculer la position de l'interface I3, à partir de la mesure de tension par le voltmètre 141A aux bornes de la capacité 141B.The calculation means 142 make it possible to calculate the position of the interface I 3 , from the measurement of voltage by the voltmeter 141A across the capacitors 141B.

Les moyens de commande 152 commandent la valeur de la tension générée par la source de tension 80 en fonction de la position de l'interface I3.The control means 152 control the value of the voltage generated by the voltage source 80 as a function of the position of the interface I 3 .

Ainsi, le système d'asservissement permet de contrôler le déplacement du liquide F1 en fonction de la position de l'interface I3 déterminée par mesure capacitive.Thus, the servo system makes it possible to control the displacement of the liquid F 1 as a function of the position of the interface I 3 determined by capacitive measurement.

En référence à la figure 13B, l'électrode 130 peut être remplacée par une matrice d'électrodes 130. Des moyens de commutation 122 peuvent être prévus pour activer l'électrode 130(i) au niveau de laquelle se situe l'interface I3. Leur fermeture établit un contact entre l'électrode 130(i) correspondante et la source de tension 180. Les moyens de commutation 122 sont commandés par un pilote d'activation (non représenté).With reference to the Figure 13B the electrode 130 may be replaced by an array of electrodes 130. Switching means 122 may be provided to activate the electrode 130 (i) at which the interface I 3 is located. Their closure makes contact between the corresponding electrode 130 (i) and the voltage source 180. The switching means 122 are controlled by an activation driver (not shown).

Avantageusement, comme décrit précédemment, le substrat 20, dans le cas où il est légèrement conducteur, par exemple en silicium, est porté à un potentiel déterminé. Par exemple, il peut être mis à la masse.Advantageously, as described above, the substrate 20, in the case where it is slightly conductive, for example made of silicon, is brought to a determined potential. For example, it can be grounded.

Pour cela, une électrode (non représentée) sous forme de couche métallique peut être avantageusement formée sur la paroi externe du substrat 20 en vis-à-vis de la matrice d'électrodes 130. Elle peut s'étendre sur toute la longueur de la matrice d'électrodes 130.For this, an electrode (not shown) in the form of a metal layer may advantageously be formed on the outer wall of the substrate 20 vis-à-vis the matrix of electrodes 130. It may extend over the entire length of the electrode matrix 130.

Dans le cas où le liquide F3 est diélectrique et présente une permittivité différente de celle du fluide F2, la couche diélectrique 140 n'est plus nécessaire.In the case where the liquid F3 is dielectric and has a permittivity different from that of the fluid F 2 , the dielectric layer 140 is no longer necessary.

En effet, lors de l'activation de la source de tension 180, la mesure de la tension aux bornes de la capacité 141B permet de déduire la valeur de la capacité que forment les fluides F2 et F3 entre les électrodes 130 et 170. La valeur de cette capacité dépend de la position de l'interface I3.Indeed, during the activation of the voltage source 180, the measurement of the voltage across the capacitance 141B makes it possible to deduce the value of the capacitance formed by the fluids F 2 and F 3 between the electrodes 130 and 170. The value of this capacity depends on the position of the interface I 3 .

Le système d'asservissement comprend les mêmes composants que ce qui a été décrit précédemment et présente un fonctionnement identique.The servo system comprises the same components as previously described and has identical operation.

Dans un mode de réalisation supplémentaire de l'invention non représenté, le système d'asservissement peut également être adapté pour détecter à la fois la position de l'interface I1 et celle de l'interface I3, dans le but d'obtenir une plus grande précision sur la quantité de liquide F3 déplacé. Cette situation convient particulièrement dans le cas où le fluide F2 présente une compressibilité qu'il importe d'évaluer en temps réel, ou lorsque les liquides F1 et F3 présentent une évaporation non contrôlée.In a further embodiment of the invention not shown, the servo system can also be adapted to detect both the position of the interface I 1 and that of the interface I 3 , in order to obtain greater accuracy on the amount of fluid F 3 moved. This situation is particularly suitable in the case where the fluid F 2 has a compressibility that is important to evaluate in real time, or when the liquids F 1 and F 3 exhibit uncontrolled evaporation.

Cette détection permet également de mesurer le débit d'injection, ce qui permet de vérifier que le canal n'est pas bouché, voire de détecter la présence d'une fuite.This detection also makes it possible to measure the injection flow rate, which makes it possible to verify that the channel is not clogged, or even to detect the presence of a leak.

Par ailleurs, il est à noter que dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, la surface des canaux, et plus particulièrement au niveau de la portion de contrôle, peut être lisse, rugueuse ou micro ou nano structurée, de façon à amplifier les effets de mouillage et augmenter les forces de capillarité, donc la pression de pompage.Moreover, it should be noted that in all the embodiments described above, the surface of the channels, and more particularly at the level of the control portion, can be smooth, rough or micro or nano structured, so as to amplify the effects wetting and increase the capillary forces, thus the pumping pressure.

Claims (21)

Dispositif de déplacement de liquide, comprenant au moins un substrat (20 ; 21, 22, 23) comprenant un microcanal (10), ledit microcanal (10) comportant une première extrémité (12A) et une seconde extrémité (12B), sensiblement opposées l'une de l'autre suivant le sens longitudinal du microcanal (10), une ouverture (11B) sur le milieu environnant étant située sensiblement au niveau de ladite seconde extrémité (12B),
ledit dispositif comprenant : - un premier liquide (F1) remplissant partiellement le microcanal (10) dans le sens longitudinal du microcanal (10), - un fluide (F2) situé en aval dudit premier liquide (F1) en direction de la seconde extrémité (12B) et formant avec le premier liquide (F1) une première interface (I1), ladite première interface (I1) étant située dans une portion de contrôle (16) du microcanal (10), et - un second liquide (F3) situé en aval dudit fluide (F2) en direction de la seconde extrémité (12B) et formant avec le fluide (F2) une seconde interface (I3), caractérisé en ce que
le dispositif comporte des moyens de déplacement du premier liquide (F1) par électromouillage, le premier liquide (F1) étant électriquement conducteur et le fluide (F2) électriquement isolant, le déplacement du premier liquide (F1) induisant le déplacement du second liquide (F3), via le fluide (F2), au travers de ladite ouverture (11B).
A liquid displacement device comprising at least one substrate (20; 21,22,23) comprising a microchannel (10), said microchannel (10) having a first end (12A) and a second end (12B) substantially opposed to each other. one of the other in the longitudinal direction of the microchannel (10), an opening (11B) on the surrounding medium being located substantially at said second end (12B),
said device comprising: a first liquid (F 1 ) partially filling the microchannel (10) in the longitudinal direction of the microchannel (10), a fluid (F 2 ) located downstream of said first liquid (F 1 ) towards the second end (12B) and forming with the first liquid (F 1 ) a first interface (I 1 ), said first interface (I 1 ) being located in a control portion (16) of the microchannel (10), and a second liquid (F 3 ) located downstream of said fluid (F 2 ) towards the second end (12B) and forming with the fluid (F 2 ) a second interface (I 3 ), characterized in that
the device comprises means for moving the first liquid (F 1 ) by electrowetting, the first liquid (F 1 ) being electrically conductive and the fluid (F 2 ) electrically insulating, the displacement of the first liquid (F 1 ) inducing the displacement of the second liquid (F 3 ), via the fluid (F 2 ), through said opening (11B).
Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement du premier liquide (F1) par électromouillage comprennent : - au moins un premier moyen électriquement conducteur (30 ; 20, 21), - une couche d'un matériau diélectrique (40) recouvrant directement le premier moyen conducteur (30 ; 20, 21), ladite couche diélectrique (40) étant au moins partiellement mouillée par ledit premier liquide (F1), - au moins un second moyen électriquement conducteur (70) formant contre-électrode, en contact avec le premier liquide (F1), et - un premier générateur de tension (80) pour appliquer une différence de potentiel entre lesdits premier et second moyens conducteurs. Liquid displacement device according to claim 1, characterized in that said means for moving the first liquid (F 1 ) by electrowetting comprise: at least one first electrically conductive means (30, 20, 21), a layer of a dielectric material (40) directly covering the first conductive means (30; 20, 21), said dielectric layer (40) being at least partially wetted by said first liquid (F 1 ), at least a second electrically conductive means (70) forming a counter-electrode, in contact with the first liquid (F 1 ), and a first voltage generator (80) for applying a potential difference between said first and second conductive means. Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le substrat (20, 21) comportant la portion de contrôle (16) étant électriquement conducteur, le premier moyen électriquement conducteur (30) comprend le substrat conducteur (20, 21).Liquid displacement device according to Claim 2, characterized in that , since the substrate (20, 21) comprising the control portion (16) is electrically conductive, the first electrically conductive means (30) comprises the conductive substrate (20, 21). ). Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que,
le microcanal (10) comprenant une portion d'injection (17) s'étendant sensiblement à partir de l'ouverture (11B) en direction de la portion de contrôle (16), ladite seconde interface (I3) étant située dans la portion d'injection (17),
un empilement (34) d'une première couche d'un matériau diélectrique (40), d'un moyen électriquement conducteur pouvant être porté à un potentiel déterminé (V0'), et d'une seconde couche d'un matériau diélectrique (40), chacun présentant une longueur sensiblement égale dans le sens longitudinal de la portion d'injection (17), est disposé sur la paroi interne (15) de la portion d'injection (17) de manière à isoler électriquement le second liquide (F3) du substrat conducteur (20, 21).
Liquid displacement device according to claim 2 or 3, characterized in that ,
the microchannel (10) comprising an injection portion (17) extending substantially from the opening (11B) towards the control portion (16), said second interface (I 3 ) being located in the portion injection (17),
a stack (34) of a first layer of a dielectric material (40), an electrically conductive means which can be brought to a determined potential (V0 '), and a second layer of a dielectric material (40); ), each having a substantially equal length in the longitudinal direction of the injection portion (17), is disposed on the inner wall (15) of the injection portion (17) so as to electrically isolate the second liquid (F 3 ) of the conductive substrate (20, 21).
Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit premier moyen électriquement conducteur (30) comprend au moins une électrode (30) disposée sur au moins une partie de la paroi dans le sens longitudinal du microcanal (10) et située dans la portion de contrôle (16).A liquid displacement device according to claim 2, characterized in that said first electrically conductive means (30) comprises at least one electrode (30) disposed on at least a portion of the wall in the longitudinal direction of the microchannel (10) and located in the control portion (16). Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier moyen électriquement conducteur (30) comprend une électrode (30) s'étendant sur toute la longueur de la portion de contrôle (16).Liquid displacement device according to claim 5, characterized in that said first electrically conductive means (30) comprises an electrode (30) extending over the entire length of the control portion (16). Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir (60) communiquant avec le microcanal (10) par une ouverture (11A) située au niveau de la première extrémité (12A) et contenant ledit premier liquide conducteur (F1).Liquid displacement device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that it comprises a reservoir (60) communicating with the microchannel (10) through an opening (11A) located at the first end (12A) and containing said first conductive liquid (F 1). Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier moyen électriquement conducteur (30) comprend une matrice d'électrodes (30) s'étendant sur toute la longueur de la portion de contrôle (16).A liquid displacement device according to claim 5, characterized in that said first electrically conductive means (30) comprises an electrode array (30) extending the full length of the control portion (16). Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier liquide (F1) forme un bouchon de liquide entouré de fluide (F2) de manière à former une interface arrière (I1,R) et une interface avant (I1,A), les deux interfaces (I1,R, I1,A) étant situées dans la portion de contrôle (16).Liquid displacement device according to claim 8, characterized in that the first liquid (F 1 ) forms a fluid-surrounded fluid plug (F 2 ) so as to form a rear interface (I 1, R ) and a front interface (I 1, A ), the two interfaces (I 1, R , I 1, A ) being located in the control portion (16). Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 9, caractérisé en ce que le déplacement de la première interface (I1) en direction de la première extrémité (12A) du microcanal (10) provoque une aspiration du second liquide (F3) au travers de l'ouverture (11B) en direction de la première extrémité (12A).Liquid displacement device according to claim 9, characterized in that the displacement of the first interface (I 1 ) in the direction of the first end (12A) of the microchannel (10) causes suction of the second liquid (F 3 ) through from the opening (11B) towards the first end (12A). Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que ladite électrode (30) comprend deux parties parallèles l'une avec l'autre.Liquid displacement device according to any one of claims 5 to 10, characterized in that said electrode (30) comprises two parts parallel to each other. Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que ladite électrode (30) s'étend sur tout le périmètre de la portion de contrôle (16).Liquid displacement device according to any one of claims 5 to 10, characterized in that said electrode (30) extends over the entire perimeter of the control portion (16). Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que ladite couche de matériau diélectrique (40) est recouverte directement d'une couche de matériau hydrophobe (50).Liquid displacement device according to any one of claims 2 to 12, characterized in that said layer of dielectric material (40) is covered directly with a layer of hydrophobic material (50). Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le microcanal présente une section transversale polygonale convexe.Liquid displacement device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the microchannel has a convex polygonal cross section. Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le microcanal présente une section transversale sensiblement circulaire.Liquid displacement device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the microchannel has a substantially circular cross section. Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le microcanal présente une pluralité de portions de contrôle disposées en série, chaque portion de contrôle (16(i)) étant partiellement remplie du premier liquide (F1(i)) et de fluide (F2(i)).Liquid displacement device according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the microchannel has a plurality of control portions arranged in series, each control portion (16 (i)) being partially filled with the first liquid ( F 1 (i)) and fluid (F 2 (i)). Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le microcanal présente une pluralité de portions de contrôle disposées en parallèle, chaque portion de contrôle (16(i)) étant partiellement remplie du premier liquide (Fi(1)) et de fluide (F2(i)).Liquid displacement device according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the microchannel has a plurality of control portions arranged in parallel, each control portion (16 (i)) being partially filled with the first liquid (F i (1)) and fluid (F 2 (i)). Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que,
le microcanal (10) comprenant une portion d'injection (17) s'étendant sensiblement à partir de l'ouverture (11B) en direction de la portion de contrôle (16), ladite seconde interface (I3) étant située dans la portion d'injection (17),
l'axe longitudinal des portions de contrôle (16) est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la portion d'injection (17).
Liquid displacement device according to one of Claims 1 to 17, characterized in that
the microchannel (10) comprising an injection portion (17) extending substantially from the opening (11B) towards the control portion (16), said second interface (I 3 ) being located in the portion injection (17),
the longitudinal axis of the control portions (16) is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the injection portion (17).
Dispositif de déplacement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que,
le microcanal (10) comprenant une portion d'injection (17) s'étendant sensiblement à partir de l'ouverture (11B) en direction de la portion de contrôle (16), ladite seconde interface (I3) étant située dans la portion d'injection (17),
la hauteur (H) de la portion d'injection (17) est sensiblement plus grande que la hauteur (h) de la portion de contrôle (16).
Liquid displacement device according to one of Claims 1 to 18, characterized in that
the microchannel (10) comprising an injection portion (17) extending substantially from the opening (11B) towards the control portion (16), said second interface (I3) being located in the portion of the injection (17),
the height (H) of the injection portion (17) is substantially greater than the height (h) of the control portion (16).
Dispositif de déplacement de liquide selon revendication 19, caractérisé en ce que la hauteur (H) de la portion d'injection (17) est comprise entre sensiblement 10 et 50 fois la hauteur (h) de la portion de contrôle (16).Liquid displacement device according to claim 19, characterized in that the height (H) the injection portion (17) is substantially between 10 and 50 times the height (h) of the control portion (16). Dispositif de déplacement de liquide selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce qu'une portion de raccord (18) relie la portion de contrôle (16) à la portion d'injection (17), la portion de raccord (18) n'étant remplie que de fluide (F2).Liquid displacement device according to claim 19 or 20, characterized in that a connecting portion (18) connects the control portion (16) to the injection portion (17), the connecting portion (18) n filled with fluid (F2).
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