Choix du mat´ eriau de construction

B´en´eficiant des technologies issues du domaine de la micro-´electronique, les syst`emes micro- fluidiques bas´es sur le verre ou le silicium ´etaient majoritaires durant les premi`eres ann´ees qui ont suivi la naissance des microTAS. L’expertise du CEA et notamment du Leti en mati`ere de micro-´electronique aurait pu orienter notre choix vers ces mat´eriaux classiques. Les techniques d´eriv´ees de la micro-´electronique, comme par exemple la photolithographie ou la gravure du silicium ou de l’oxyde de silicium, auraient pu ˆetre utilis´ees. Mais l’extension des applications de ces mat´eriaux a ´et´e grandement limit´ee par leur prix relativement ´elev´e et le temps n´ecessaire `a leur production.

opaque aux longueurs d’onde visibles du spectre lumineux, ce qui le rend inadapt´e du point de vue de la d´etection optique. Le verre est, quant `a lui, transparent. Mais parce qu’il est amorphe, la gravure de motifs verticaux est plus difficile `a r´ealiser que pour le silicium. De plus, bien que ces techniques soient connues, leur r´ealisation n’est souvent possible que dans un environnement exempt de poussi`eres, disponible dans un milieu du type des salles blanches. Ces proc´ed´es requi`erent ´egalement souvent de hauts voltages ainsi que des hautes temp´eratures. Nous avons donc cherch´e une m´ethode et des mat´eriaux plus adapt´es `a notre probl´ematique.

Depuis les travaux pionniers dans le domaine de la microfluidique, la communaut´e scienti- fique a manifest´e un int´erˆet croissant pour de nouveaux types de mat´eriaux et notamment les polym`eres. Des polym`eres [122] tels que le polym´ethylm´ethacrylate (PMMA) [123] et le poly- ethylene terephthalate (PET) [124] ont ´et´e introduits en tant que substituts au silicium et au verre dans la fabrication de syst`emes microfluidiques de par leur faible coˆut. Contrairement au silicium et au verre, des canaux ainsi que des motifs complexes peuvent ˆetre form´es par simple moulage plutˆot que par gravure.

2.3.2.1 Un mat´eriau int´eressant : le poly(dim´ethylsiloxane)

Suite `a une ´etude bibliographique, nous avons choisi de former notre dispositif microfluidique en poly(dim´ethylsiloxane) (PDMS), un mat´eriau qui n’a cess´e de gagner en popularit´e durant la derni`ere d´ecennie, particuli`erement dans le domaine de la microfluidique. La formule chimique du PDMS est (CH3)3SiO[SiO(CH3)2]nSi(CH3)3, o`u n est le nombre de r´ep´etitions des unit´es du

monom`ere [SiO(CH3)2]. Le PDMS utilis´e dans ces exp´eriences est constitu´e de deux compos´es,

une base et un agent de polym´erisation (Dow Corning Sylgard Elastomer 184). Les groupements hydrure de silicium (Si-H) pr´esents dans l’agent de polym´erisation r´eagissent avec les groupes vinyle (i.e. les doubles liaisons C=C) pr´esents dans la base et forment un solide ´elastom´erique et r´eticul´e.

Le PDMS poss`ede plusieurs caract´eristiques avantageuses [83], [125], [126]. C’est un mat´eriau environ 50 fois meilleur march´e que le silicium [127] et il est tout `a fait adapt´e pour la fabrication de syst`emes de micro canaux pour une utilisation avec du mat´eriel biologique, ceci pour plusieurs raisons :

– (i) des d´etails de l’ordre du micron peuvent ˆetre reproduits avec une grande fid´elit´e dans du PDMS par moulage ;

– (ii) il est optiquement transparent (85% de transmission entre 280 et 600nm [128])et peut donc ˆetre utilis´e pour un grand nombre de d´etections (par exemple pour l’absorbance et

la fluorescence en UV et visible) ;

– (iii) il polym´erise `a des temp´eratures relativement basses ;

– (iv) il n’est pas toxique ; des cellules de mammif`eres peuvent ˆetre cultiv´ees directement sur du PDMS et des dispositifs fabriqu´es `a partir de ce mat´eriau peuvent ˆetre implant´es in vivo ;

– (v) il peut ˆetre d´eform´e de fa¸con r´eversible ;

– (vi) il peut ˆetre scell´e de fa¸con r´eversible `a lui-mˆeme ainsi qu’`a une grande vari´et´e d’autres mat´eriaux (dont le verre et le silicium) par des contacts mol´eculaires de type Van der Waals avec la surface ou ˆetre scell´e de fa¸con irr´eversible apr`es exposition par exemple `a un plasma oxyg`ene par formation de ponts covalents ;

– (vii) sa nature ´elastique l’autorise `a se d´etacher des motifs d´elicats du moule sans endom- mager ces derniers ni lui-mˆeme.

Pour toutes ces raisons, le PDMS nous est apparu comme un mat´eriau tr`es prometteur pour la r´ealisation de ce dispositif.

En d´epit des nombreux avantages du PDMS mentionn´es ci-dessus, la faible mouillabilit´e de sa surface est un inconv´enient significatif. Le PDMS non trait´e est hydrophobe, avec un angle de contact d’environ 108˚ dˆu aux groupements m´ethyle hydrophobes [129]. Plusieurs travaux ont montr´e que le traitement de la surface du PDMS par un plasma d’oxyg`ene r´eduit l’hy- drophobicit´e du PDMS [129]. D’apr`es la litt´erature disponible, il semblerait que ce traitement g´en`ere des groupes silanols (Si-OH) sur la surface du PDMS par des r´eactions d’oxydation [130]. Ce traitement donne un caract`ere hydrophile aux surfaces de PDMS expos´ees `a ce traitement, mais celles-ci ne restent pas hydrophiles longtemps. Une surface ainsi oxyd´ee retourne `a l’´etat hydrophobe dans les heures qui suivent le traitement. De nombreux travaux sugg`erent que le stockage dans l’eau d´esionis´ee r´eduit grandement le taux du r´etablissement de l’´etat hydrophobe, jusqu’`a pratiquement autoriser une conservation sans limite de temps du caract`ere hydrophile des surfaces expos´ees [125], [131], [132].