Chapitre IV Réservoirs microfluidiques hyperélastiques
IV. 5 Caractérisations du système
IV.5. e Débit
Comme nous l’avons vu dans la partie précédente le débit de li- quide injecté dans la carte par le réservoir hyperélastique peut être impor- tant et influencer les performances du système. Des enregistrements de dé- bit en sortie du système ont été effectués. Le débit a été caractérisé à l’aide d’un débitmètre Sensirion SLI-2000. Comme dans la caractérisation de la vidange des réservoirs un tube Tygon a été placé en sortie du système afin
de limité le débit car le capteur est conçu pour mesurer des débits inférieurs à 5 mL/min et sature au-delà de 5,5 mL/min. La longueur de ce tube est 1,646 m de long et son diamètre interne et de 500 µ m. Deux exemples d’enregistrement sont présentés dans la Figure IV-26.
On peut voir sur cet enregistrement l’évolution du débit au cours de la vidange du réservoir. Tout d’abord une impulsion négative est obser- vée. Celle-ci est due à l’ouverture de la vanne de sortie qui créée une dé- pression et aspire un peu de liquide. Suite à cette impulsion le débit aug- mente brusquement ce qui correspond à l’établissement du flux de liquide qui est actionné par la membrane. Le débit mesuré atteint instantanément un pic maximum dont la valeur dépend de la pression avec laquelle le ré- servoir a été rempli. Dans certains cas le pic atteint la valeur de saturation du capteur (5,5 mL/min) et un pallier de saturation plus ou moins long est observé. Ensuite le débit mesuré diminue à mesure que la pression interne de réservoir diminue en éjectant le liquide.
Cette décroissance est similaire à la décharge d’une capacité élec- trique à la différence qu’ici la capacité diminue au cours de la décharge. Une analogie avec l’électronique permettrait d’évaluer la valeur de cette capacité hydraulique mais cette valeur est fortement dépendante du circuit microfluidique situé en aval du réservoir et l’étude ne serait pas applicable à d’autres systèmes.
Nous avons donc choisi de nous concentrer sur les caractérisations présentées précédemment en étant conscient du débit important généré par notre système et de la nécessité d’intégrer des résistances hydrauliques dans nos cartes afin de le limiter.
Figure IV-26 : Evolution du débit au cours de la vidange d’un réservoir de 7 mm de rayon pour diffé- rentes pressions internes (25,25 mbar et 45,13 mbar). Le débit maximal augmente avec la pression interne du réservoir. Une saturation apparaît entre les deux graphes.
IV.6 -
Conclusion
Le système microfluidique développé dans ce travail a montré la capacité de l’Ecoflex à être intégré dans une carte microfluidique en COC. Les réservoirs et vannes à membrane hyperélastique ont montré la possibi- lité de stocker de larges volumes sous pression et de les actionner sans pompe externe. De plus la forme sphérique de la déformation a permis le développement d’une méthode de profilométrie optique mesurant en temps réel le volume interne du réservoir. Un programme de contrôle du système microfluidique a été développé. Il permet de contrôler le remplissage du ré- servoir et d’actionner des volumes précis à la demande. Les différentes ca- ractérisations menées ont mis en lumière des points importants :
- Le réservoir hyperélastique est capable de stocker des gammes de vo- lumes étendues (de quelques dizaines de microlitre à plusieurs milli- litres en fonction de la taille du réservoir) ;
- Le système de contrôle Labview calcule précisément le volume interne des réservoirs ;
- En connaissant le volume interne d’un réservoir il est possible d’estimer sa pression interne (et inversement) ;
- Le programme de contrôle Labview permet de remplir un réservoir avec un volume précis désiré et est compatible avec différentes méthodes de remplissage, notamment manuelles ;
- Il permet également d’actionner des volumes précis de fluide à la de- mande ;
- L’ensemble du système peut être contrôlé manuellement ou automati- quement depuis Labview.
Les performances du système présenté ici sont encourageantes quant à l’intégration de tels réservoirs dans des cartes microfluidiques plus complexes dont la fonction pourrait être la manipulation ou l’analyse de fluides. Certaines améliorations peuvent encore être apportées pour amélio- rer les performances du système :
- Une caméra mieux définie et plus rapide peut améliorer la précision de la mesure du volume interne du réservoir et le temps de réponse du sys- tème;
- Des électrovannes plus rapides peuvent réduire le temps de réponse du système ;
- La prise en compte de l’épaisseur de la membrane dans le calcul du vo- lume interne peut réduire les sources d’erreur de mesure ;
- La réduction des volumes morts technologique et optiques peut réduire les erreurs et améliorer la détection optique.
Actuellement le système de pilotage est externe et déporté du sup- port de la carte ce qui est un inconvénient pour une utilisation « point of care ». Néanmoins il peut être facilement intégré. Il existe en effet des gé- nérateurs de pression et des électrovannes aux dimensions plus petites que ceux que nous utilisons ici et qui pourraient être intégrés sous le support de la carte et une caméra plus petite pourrait également être fixée à ce support. A partir des résultats de cette caractérisation, deux premiers proto- types de cartes microfluidiques ont été réalisées et sont présentés dans le Chapitre V -. Le premier est une carte permettant de réaliser des dilutions programmables et le deuxième est une carte permettant l’automatisation d’un protocole de détection d’allergie.