4.3 Détachement de goutte de solution d’ADN
5.1.3 Fabrication
Je décris ici une méthode simple pour la fabrication de canaux avec au moins une dimension micrométrique. Ceci permet un prototypage rapide (moins d’une heure) sans la fabrication préalable d’un masque lithographique haute résolution.
Le canal est découpé dans un morceau de ruban adhésif4 double face qui est
lui-même placé entre deux lamelles de verre. Le ruban adhésif double face (3M) d’épaisseur environ 70 microns permet d’obtenir une hauteur de canal suffisam- ment faible pour la visualisation microscopique et l’obtention d’un faible nombre de Reynolds. En revanche, la découpe avec une lame de scalpel du ruban adhésif limite la résolution des canaux à une cinquantaine de microns (pour la rugosité des parois) et donc à des canaux de dimension plutôt millimétrique. On note au passage que cela nous permet de rester dans le cadre de l’approximation des écoulements potentiels à deux dimensions. La partie la plus technique de ce mode de fabrication réside dans la connectique. Il faut en effet percer dans le verre les trous nécessaires à l’écoulement des fluides. Les trous sont percés dans une lame épaisse qui permet de solidifier l’ensemble de la cellule, alors que l’autre lame peut-être une lamelle de 0,17 mm d’épaisseur permettant l’utilisation d’un objectif de microscope à huile (afin d’avoir une grande ouverture numérique).
Le matériel nécessaire comprend : deux lames de verre ou une lame et une lamelle, du ruban adhésif double face,un scalpel, des aiguilles de seringues, des tubes flexibles adaptés au diamètre des aiguilles, de la colle résistant à l’eau (type Araldite), une perceuse et un foret diamanté de diamètre adéquat, éventuellement une sableuse et un gabarit pour les trous, de l’huile de térébenthine, de l’éthanol. Voici les étapes nécessaires à la réalisation de ces canaux (l’un d’entre eux est utilisé dans la section 5.3, voir fig. 5.20) :
1. Il faut tout d’abord percer la lame de verre qui recevra les connexions. Pour
une lame5 de verre de 1,1 mm, il est possible de forer des trous cylindriques
de 1 mm de diamètre relativement aisément6 si l’on respecte quelques pré-
cautions. Le perçage du verre requiet évidemment de ne pas effectuer des mouvements brusques et de bien lubrifier la zone percée. Mais j’ai pu obser- ver par ailleurs que lors d’un perçage à sens unique, la sortie du foret causait
4 Il est aussi possible d’utiliser un film de Parafilm collé par un léger chauffage si le débit
appliqué n’implique pas de trop fortes pressions.
5Dans le cas d’une lamelle de 0,17 mm, il est plus commode d’utiliser une sableuse qui permet
de forer des trous par abrasion à l’aide d’un gabarit en métal. Pour une lamelle de 1,1 mm le trou obtenu avec la sableuse a une forme fortement conique.
6C’est à dire sans casse, ce qui dans le cas contraire est fort frustrant car il y a au moins deux
un cratère irrégulier et large dans le meilleur des cas, et dans la plupart des cas la rupture de la lamelle. En revanche, si l’on fore seulement une moitié de l’épaisseur de la lamelle puis qu’on la retourne pour forer la seconde moitié dans l’autre sens (en prenant soin de bien aligner les deux excavations), le taux de casse devient quasiment nul et le trou bien cylindrique. Il ne reste plus alors, une fois les trous finis, qu’à nettoyer les lamelles de toute trace d’huile ou autre salissure.
2. Puis il faut évider le canal dans le ruban adhésif toujours protégé. L’utilisa- tion d’un patron et d’un réglet, ou encore d’un emporte-pièce, facilite cette étape.
3. Il faut ensuite coller le pourtour du canal sur la lamelle fenêtre, en faisant bien attention à chasser toute bulle d’air, puis la lame trouée en faisant attention à l’alignement des trous avec le canal (chaque film protecteur du ruban adhésif étant enlevé seulement au moment de l’applique de la lame correspondante). On applique une pression suffisante pour assurer l’adhésion de l’ensemble.
4. L’étape finale consiste à coller la partie en plastique des aiguilles en face de chaque trou. Il est possible de limer la pointe des aiguilles au préalable, ce qui réduit le risque de perforation des tubes plastiques lors de l’insertion et la manipulation, mais dans le cas de tubes très ajustés cela rend l’insertion plus difficile. Il faut également faire attention à mettre suffisamment de colle pour assurer l’étanchéité sans pour autant boucher le canal. Après séchage, la cellule est prête à être connectée au reste du circuit.
Ces cellules sont simples, rapides à réaliser et peu coûteuses. Leurs dimensions donnent accès à des écoulements dans le régime de Stokes (avec un canal de largeur
1 mm, Re = 1 pour un débit de 60 µl/min). Elles permettent des débits jusqu’à 8
ml/min (Re = 80) avec de l’eau . La hauteur du canal est stable dans le temps en
dépit d’une légère absorption d’eau au sein des parois du canal observable après plusieurs heures de circulation. Malgré cette faible porosité des parois à l’eau, les bulles d’air coincées au sein de l’écoulement ne se résorbent pas sur la durée d’une expérience, contrairement à ce qui se passe dans les cellules en PDMS. Elles sont idéales pour tester rapidement des géométries de microcanaux sans avoir besoin d’imprimer un masque et de réaliser un moule en résine.
Leur défaut principal reste la faible résolution au niveau des parois. La rugosité importante associée à la découpe ne permet pas un contrôle fin de la forme des écoulements lorsque la dimension latérale des canaux est plus petite qu’un demi millimètre. Or pour atteindre des taux de déformation importants tout en ayant une vitesse et un champ d’observation utile suffisamment faible pour permettre l’observation microscopique, il faut diminuer encore ces dimensions.
Approche sophistiquée
Pour obtenir des microcanaux de largeur micronique avec une rugosité infé- rieure au micron, j’utilise des cellules en PDMS (Sylgaard 188) sur verre fabri- quées selon le protocole de lithographie molle proposé dans [139]. Un moule en résine (SU8, Microchems) photosensible est fabriqué sur une galette de silicium, sans modification majeure du protocole par rapport aux recommendations du four- nisseur de résine. Le PDMS est versé et polymérisé sur ce moule, puis on le colle à l’aide d’un plasma micro-onde d’air raréfié sur une lamelle de microscope en verre.