Approche retenue

Lors des premi`eres utilisations de nos micro-leviers, il nous ´etait impossible de remplir la partie dite « r´eservoir ». La capillarit´e, `a cette ´echelle microm´etrique, ne suffisait pas.

Nous savions cependant qu’en utilisant un champ ´electrique, nous pouvions modifier les propri´et´es de l’interface liquide/leviers et ainsi permettre le chargement complet de nos outils.

4.3.4.1 Electromouillage et EWOD

La premi`ere id´ee fut d’impl´ementer des ´electrodes en aluminium sur les micro-leviers. Le proc´ed´e de fabrication ne devenait pas plus compliqu´e (voir chapitre 2), et cela ne n´ecessitait par la suite qu’un seul plot de connexion correspondant au potentiel des ´electrodes.

Une fois les ´electrodes impl´ement´ees sur nos micro-leviers, un principe d’´electromouillage est utilis´e, afin de faire ´evoluer l’angle de contact. Nous appliquons une tension de quelques Volts entre les ´electrodes et le r´eservoir contenant le produit `a d´eposer, apr`es avoir plong´e nos micro-leviers dans celui-ci.

Les premiers r´esultats ne furent pas tr`es satisfaisants, la variation de l’angle de contact restait tr`es limit´ee pour des tensions continues de quelques Volts, et si nous augmentions celles- ci, nous passions rapidement au-dessus des tensions de claquage et `a la fois un ph´enom`ene d’´electrolyse et d’effet Joule se produisaient. Si pour des ADN (simple brin), la chaleur ne pose pas de probl`eme, elle peut cependant d´enaturer d’autres produits que nous pourrions ˆetre amen´es `a d´eposer (telles des prot´eines).

La deuxi`eme id´ee fut de passiver nos ´electrodes, c’est-`a-dire de recouvrir les ´electrodes par une fine couche d’oxyde de silicium. De cette mani`ere, nous proc´edions alors `a de l’´electromouillage- sur-di´electrique EWOD. Notre couche d’oxyde ´etant tr`es fine, nous nous trouvions dans les conditions id´eales pour augmenter la variation de l’angle de contact. Cependant la tension de claquage restait trop faible mˆeme si le chargement s’´etait am´elior´e. Un ph´enom`ene d’´ebulli- tion ´etait alors visible (voir figure 4.9). Malgr´e cela nous avons r´ealis´e une centaine de d´epˆots d’oligonucl´eotides avec succ`es, mais pour certains produits ce double effet (Joule/Electrolyse) peut poser probl`eme.

Ainsi, il nous fallait trouver une alternative, car l’effet Joule et l’´electrolyse restaient pro- bl´ematiques.

4.3.4.2 Vers la Di´electrophor`ese

La di´electrophor`ese semble ainsi ˆetre la technique la plus appropri´ee, ne serait-ce que parce qu’elle est d´ej`a utilis´ee pour d´eplacer des liquides ou des gouttes. La couche di´electrique permet de ne pas charger le produit et ainsi de ne pas le d´enaturer (tout comme l’EWOD). A nouveau,

Fig. 4.9 : Evolution du ph´enom`ene d’´ebullition par effet Joule

la r´eduction en taille permet de ne pas avoir `a appliquer une tension trop importante, et le rˆole principal est tenu par la fr´equence du champ ´electrique appliqu´e.

L’application du champ ´electrique se fait toujours entre les ´electrodes et le r´eservoir conte- nant le produit `a d´eposer. Cependant, en se situant `a des fr´equences sup´erieures `a 10 kHz, nous ´evitons tout probl`eme d’´electrolyse. De plus, pour des applications `a l’´echelle microm´etrique, l’augmentation de la chaleur par effet Joule est am´elior´ee de mani`ere significative, de par la pr´epond´erance des forces ´electrostatiques et une dissipation rapide de la chaleur par les petites structures (< 100 µm).

Sur la figure 4.10, nous pouvons observer l’´evolution du chargement et comment est exac- tement appliqu´e le champ ´electrique lors d’une animation.

Fig. 4.10 : Principe du chargement par di´electrophor`ese

Mais, l’impl´ementation de nos ´electrodes et leur forme font que nous ne sommes pas dans la meilleure configuration pour obtenir un chargement optimis´e. Nous modifions simplement l’angle de contact `a l’interface leviers/produit ´etalant un peu plus la goutte.

Reste n´eanmoins que cette technique nous permet de r´ealiser entre 60 et 100 d´epˆots en moyenne r´epondant ainsi aux besoins classiques de la fabrication des biopuces.

4.3.4.3 Protocole

Le protocole que nous allons d´ecrire incorpore ´egalement les diff´erentes ´etapes et les dif- f´erents param`etres se rapportant au nettoyage des micro-leviers. En effet, `a chaque ´etape de chargement des produits, il faut proc´eder `a un nettoyage efficace des micro-leviers, afin d’´eviter toute contamination (voir chapitre 3, paragraphe 3.5).

Nous immergeons donc nos leviers dans un r´eservoir contenant de l’eau distill´ee, et agitons nos leviers. Ceux-ci ´etant des syst`emes ouverts c’est-`a-dire que le liquide charg´e est en contact avec l’air, une simple agitation permet un nettoyage complet. Puis nous s´echons nos leviers `a proximit´e du Peltier. Nous r´eit´erons plusieurs fois ce cycle (3 fois g´en´eralement) avant de proc´eder au chargement proprement dit.

Plusieurs param`etres sont r´eglables : – le nombre de cycles de nettoyage, – l’agitation des leviers lors du nettoyage, – la dur´ee du s´echage,

– le nombre de d´epˆots r´ealisables avec un seul chargement, – le nombre de chargements possibles par r´eservoir,

– les emplacements des diff´erents r´eservoirs, – etc. ...

A l’usage, nous pouvons dire qu’un cycle de nettoyage, agitation des leviers dans l’eau dis- till´ee (5 allers-retours), s´echage pendant 10 secondes, r´ep´et´e 3 fois suffit `a garantir la propret´e des micro-leviers (Cf. paragraphe 3.5 du chapitre 3). Augmenter ces param`etres ne peut que renforcer ce r´esultat mais n’est pas v´eritablement n´ecessaire (et fait perdre un peu de temps). Ensuite, nous plongeons les micro-outils dans le r´eservoir contenant le produit que nous souhaitons d´eposer. Nous proc´edons `a l’application du champ ´electrique souhait´e. Tous les param`etres concernant la tension appliqu´ee sont `a disposition :

– la fr´equence s’il s’agit de di´electrophor`ese (`a 0 sinon), – la tension (crˆete `a crˆete si di´electrophor`ese),

– la dur´ee (en secondes).

G´en´eralement, une tension de 10 Volts crˆete `a crˆete `a une fr´equence de 10 kHz est appliqu´ee pendant une dur´ee de 10 secondes pour la plupart des r´esultats pr´esent´es dans le chapitre 3. Ces param`etres pourraient ˆetre optimis´es, notamment la dur´ee de l’application du champ ´electrique car l’effet est quasi imm´ediat. Mais au del`a de l’am´elioration des param`etres de ce protocole, c’est le protocole lui-mˆeme que nous cherchons `a am´eliorer pour l’instant (voir paragraphe suivant 4.4).

Ainsi, un processus complet de chargement, comprenant le d´eplacement vers les diff´erents r´eservoirs, les nettoyages / s´echages, le chargement, prendra environ 2 minutes et permet de r´ealiser entre 60 et 100 spots (temps comparable aux syst`emes commercialis´es). Il faut noter que ce processus peut largement ˆetre am´elior´e en termes de dur´ee, de r´eduction en taille, et donc de d´eplacements, et de vitesse de la table de positionnement.

Remarque : Il arrive parfois, mais cela reste rare, que les premiers spots r´ealis´es soient un peu plus « gros » que les suivants (poussi`ere ou autre probl`eme). Ceci est dˆu `a un « surplus » de liquide qu’il faut ´eliminer, comme le fait un buvard pour un stylo-plume. Ainsi une option consiste `a r´ealiser ces d´epˆots sur un emplacement autre que la biopuce. Cependant dans la plupart de nos exp´erimentations, ceci n’a pas ´et´e n´ecessaire, un contrˆole visuel du chargement permettait de valider celui-ci et surtout de v´erifier qu’aucune poussi`ere ou autre ´el´ement ne viennent perturber le processus de chargement.