Fabrication des dispositifs microfluidiques

Les différentes étapes de fabrication des microdispositifs sont les suivantes :  fabrication d’un moule,

 moulage des canaux en PDMS,

 préparation des électrodes sur substrat en verre,  assemblage du dispositif,

 et création des contacts avec les électrodes.

Nous allons maintenant décrire les différents protocoles nécessaires pour ces étapes. Il est important de garder en mémoire que la plupart des étapes décrites ici ne sont valables que dans nos conditions expérimentales.

1.3.1 Fabrication des moules pour les microcanaux

Pour la fabrication des microcanaux, la première étape nécessaire est la fabrication d’un moule. Le substrat utilisé est un wafer de silicium de diamètre de qui doit être parfaitement plan. Après avoir été nettoyé avec de l’isopropanol et de l’eau distillée puis séché avec de l’azote comprimé, le substrat est placé sur une plaque chauffante à pendant quelques minutes. Lorsque le wafer a refroidi, nous posons quelques gouttes d’hexamethyldisilazane (HDMS), un promoteur d’adhésion, que nous répartissons de façon homogène à l’aide d’une tournette sur la surface du substrat. Sur cette même surface, nous déposons une résine photoactive de la norme SU-8 2010. Le monomère, qui est une macromolécule, possède huit fonctions époxy et réticule donc fortement. Le moule peut ainsi

L’épaisseur de la résine est importante car elle définit la hauteur des microcanaux. Pour contrôler cette épaisseur, nous utilisons la tournette à différentes vitesses de rotation. Celles-ci sont déterminées à partir d’abaques propres à la machine. Dans notre cas, la vitesse de rotation est fixée à pendant afin d’obtenir une hauteur de canal de . Ensuite nous préparons l’échantillon en évaporant le solvant de la résine en déposant le wafer sur une plaque à pendant , ce qui a pour effet de densifier le film (Figure B.2 étape 1). Nous insolons ensuite le wafer aux UV pendant . Le côté de l’encre est au contact de la résine pour diminuer les effets de diffraction (étape 2). Nous favorisons ensuite la réticulation de la résine en chauffant une nouvelle fois le wafer à pendant (étape 3). Nous laissons ensuite le wafer refroidir, puis nous le plongeons dans le révélateur adapté à la résine utilisée (SU-8 Developper) jusqu’à ne plus voir les reflets irisés sur le silicium, preuve de la présence d’un film de résine. Nous rinçons le wafer à l’eau distillée pour stopper la réaction (étape 4). Nous obtenons ainsi le moule pour les canaux microfluidiques. La taille des canaux est ensuite contrôlée à l’aide d’un profilomètre.

Figure B.2 : Représentation schématique illustrant les différentes étapes du protocole de fabrication du moule pour les canaux.

1.3.2 Moulage des canaux en PDMS

Les différentes étapes du protocole pour la fabrication des canaux en PDMS sont rassemblées sur la Figure B.3. Pour préparer les canaux en PDMS, nous mélangeons les monomères de PDMS et son agent réticulant en proportion (10 :1) respectivement en masse.

tout dans une cloche à vide afin d’éliminer les bulles qui pourraient se retrouver piégées par la suite, la solution étant très visqueuse. Enfin, nous plaçons la boîte dans une étuve à pendant heure pour terminer la réticulation. Nous obtenons alors du PDMS ayant épousé la forme de la boîte de pétri, puis retirons les parties comprenant nos motifs en découpant des blocs à l’aide d’un scalpel. Pour permettre à la solution de circuler dans le canal, des trous sont percés dans le PDMS à travers les réservoirs d’entrée et de sortie du canal prévus à cet effet à l’aide d’une aiguille de seringue.

Figure B.3 : Représentation schématiques illustrant les différentes étapes du protocole pour la fabrication des canaux en PDMS.

1.3.3 Préparation des électrodes

Le substrat utilisé est une lame de verre d’épaisseur . Le principe est de protéger les parties ne constituant pas l’électrode en déposant une résine sacrificielle puis de déposer le métal utilisé pour l’électrode et enfin retirer la couche de résine par une technique dite de « lift-off ». Pour le dépôt des électrodes, nous utilisons une résine adaptée identique à celle

Pour promouvoir l’adhésion de la résine sur le verre, le substrat passe sous un plasma d’oxygène pendant sous une pression de . La résine est ensuite déposée à l’aide d’une tournette pour obtenir une épaisseur de . Après avoir étalé la résine, nous chauffons le substrat sur une plaque chauffante à pendant pour évaporer une grande partie du solvant (Figure B.4, étape 1).

Figure B.4 : Représentation schématiques illustrant les différentes étapes du protocole de fabrication des électrodes.

Après refroidissement, nous insolons la plaquette de verre aux UV (lampe LC5 HAMAMATSU, ) à travers le masque maître pendant . Le côté chromé est au contact de la résine pour éviter au maximum les effets de diffraction. La plaquette est ensuite placée sur une plaque chauffante à pendant (étape 3). Après refroidissement, la plaquette est insolée aux UV pendant (étape 4). Nous développons ensuite la plaquette avec le dissolvant adapté pour cette résine (AZ 726 MIF) jusqu’à observer le motif reprenant

la géométrie des électrodes. Nous rinçons à l’eau distillée pour stopper l’action du développeur (étape 5). La métallisation est ensuite effectuée par pulvérisation cathodique (étape 6). Nous utilisons des électrodes bandes en platine, pour lesquelles il est nécessaire de déposer préalablement une sous-couche de titane.

Enfin nous employons la technique du « lift-off ». Pour retirer la couche sacrificielle de résine, nous plongeons la plaquette dans l’acétone. Après un rinçage à l’eau distillée nous obtenons un substrat de verre avec des dépôts métalliques correspondant à nos électrodes (étape 7).

1.3.4 Assemblage du dispositif et création des contacts des électrodes

A ce niveau de la fabrication, nous disposons d’un bloc de PDMS contenant le microcanal et une lame de verre comportant des dépôts métalliques pour faire les électrodes. Pour assembler ces deux parties, nous les soudons ensemble par des liaisons siloxanes ( ) entre le verre et le PDMS. Après les avoir nettoyées de toutes impuretés, nous passons les faces des morceaux à assembler sous plasma oxygène pendant à pour les activer. Puis, nous collons la face du bloc de PDMS contenant le canal sur le substrat de verre de telle sorte que les microbandes métalliques soient localisées vers le centre du canal et que la longueur du canal soit perpendiculaire à ces microbandes. La soudure est quasi immédiate. Il est important de noter que le collage se fait uniquement entre le verre et le PDMS. Il n’y a pas de collage entre les surfaces métalliques et le PDMS. L’étanchéité est assurée par la parfaite planéité du PDMS, due à celle du wafer, mais une surpression dans le canal peut provoquer des fuites.

Chaque microbande métallique est prolongée par un plot sur lequel est établi un contact électrique. Celui-ci est assuré par de la résine époxy conductrice. Après avoir mélangé les deux constituants, nous appliquons cette résine pour faire la soudure entre l’extrémité d’un fil dénudé et l’électrode en question. La réticulation s’effectue en heure. Nous testons alors les contacts, qui doivent présenter une résistance électrique faible ( ).

Pour protéger les contacts, nous les recouvrons d’une colle époxy isolante (Araldite 2011) que nous laissons solidifier 2 heures. Après toutes ces différentes étapes un dispositif

2 Dispositif verre-verre

Pour ce type de dispositifs, les étapes de conception et de fabrication de masques optiques sont identiques à celles des procédures utilisées pour les dispositifs verre-PDMS. La fabrication des dispositifs est en revanche différente à plusieurs égards, et bien plus complexe. Les différentes étapes de fabrication des microdispositifs sont les suivantes :

 perçage des entrées et sorties dans une lame de verre (plafond),  fabrication des réservoirs extérieurs en PDMS,

 lithographie des électrodes sur substrat de verre,  fabrication d’un moule en PDMS,

 moulage des parois du canal en NOA81,  assemblage du dispositif,

 et création des contacts avec les électrodes.