d’encrage. La r´ealisation du multi-colour microcontact printing avec une r´epartition de deux
mol´ecules diff´erentes en gradient de proportion se fait de la mani`ere suivante :
1. Pr´eparation du tampon, du dispositif d’encrage et du substrat final par rin¸cage dans
l’´ethanol pur filtr´e puis dans l’´ethanol `a 75% filtr´e avant d’ˆetre s´ech´e par de l’air filtr´e.
L’absence de particules et de poussi`ere est ici primordiale pour le bon fonctionnement de
la technique.
2. Le bloc de PDMS d’encrage est align´e sur le tampon de telle sorte que les motifs soient
plac´es `a l’emplacement du gradient de mol´ecules, les r´eservoirs et les tuyaux sont remplis
d’eau d´eionis´ee et les tuyaux sont plac´es dans les connexions fluidiques pr´evues. La cavit´e
de micro-aspiration est connect´ee `a une pompe `a vide et une fois l’assemblage ´etanche du
dispositif microfluidique s’encrage est r´ealis´e, le vide est appliqu´e dans la cavit´e, maintenant
l’´etanch´eit´e du dispositif pendant la dur´ee de son utilisation.
3. Une premi`ere ´etape d’attente de 5 minutes permet l’´evacuation de l’air contenu `a l’int´erieur
des canaux. Une fois l’air ´evacu´e, le tuyau de sortie des liquides est connect´e `a un
pousse-seringue qui permet d’´evacuer les liquides `a un d´ebit constant de 5 µL/min. Le dispositif
est maintenu dans cette configuration pendant 5 minutes pour assurer la stabilisation des
flux. Les r´eservoirs doivent contenir le mˆeme volume de liquide pour assurer un d´ebit
´equivalent dans chaque canal.
4. Lorsque le flux est consid´er´e stabilis´e, c’est-`a-dire lorsque l’´evacuation des liquides dans
chaque r´eservoir s’effectue `a la mˆeme vitesse, une quantit´e ´equivalente de m´elange de
mol´ecules `a diff´erentes proportions est plac´ee dans chaque r´eservoir (A : BSA-FITC `a
20µg/mL B : BSA-Cy3 `a 20µg/mL). Cette ´etape est r´ep´et´ee dans le cas o`u les r´eservoirs
se vident. Le temps total d’encrage correspondant `a l’adsorption des mol´ecules sur les
parois du canal microfluidique dure 15 minutes.
5. Les r´eservoirs sont ensuite remplis par un tampon phosphate, PBS, pour un premier
rin¸cage. Une fois les r´eservoirs compl`etement vid´es, le dispositif d’encrage est d´esassembl´e
et le tampon est `a nouveau rinc´e puis s´ech´e.
6. Le tampon est ensuite mis en contact conforme avec le substrat pendant 10 secondes
pour effectuer le transfert des mol´ecules. Le substrat est enfin rinc´e abondamment `a l’eau
d´eionis´ee et ensuite s´ech´e pour son utilisation ult´erieure.
B.2 Gestion de volumes
Un deuxi`eme aspect `a fort potentialit´e de la micro-aspiration est la gestion des volumes
de gaz, ou plus exactement l’´elimination des gaz dans le dispositif microfluidique. Cet effet
provient de la perm´eabilit´e aux gaz `a travers les mailles du PDMS. Consid´erons un volume de
gaz entour´e de PDMS (pour permettre son ´evacuation) et de liquides (pour combler le volume
´evacu´e), comme une bulle d’air dans un canal par exemple. En appliquant le vide dans une
cavit´e limitrophe de la bulle, l’air va ˆetre litt´eralement aspir´e par les parois du PDMS (figure
B.1). Autour de cet aspect, nous avons d´evelopp´e quelques applications pratiques :
B.2.1 D´egazage rapide d’un dispositif microfluidique
Le d´egazage d’un dispositif microfluidique peut se faire tr`es simplement dans une cloche `a
vide, en rempla¸cant tout l’air contenu dans les microcanaux par un tampon fluide. Cependant,
PDMS
Liquide Air
Cavité de micro-aspiration
Fig. B.1 – Sch´ema illustrant le d´egazage dans un microcanal assembl´e par micro-aspiration :
le vide relatif dans la cavit´e de micro-aspiration impose un flux d’air `a travers les parois des
microcanaux et des microchambres. Dans le cas o`u le volume d’air est d´elimit´e par un liquide,
le volume d’air traversant le PDMS sera remplac´e par le volume ´equivalent de liquide.
il n’est pas toujours pratique de d´eplacer le dispositif durant l’exp´erience, ou mˆeme de briser
la chaˆıne de st´erilit´e de l’exp´erience. En int´egrant des cavit´es de micro-aspiration tout autour
ou au-dessus des canaux, et en se procurant d’une petite pompe `a vide (un vide relatif de 150
mBar suffit), cette ´etape peut alors s’effectuer sans d´eplacement du dispositif.
Elimination de bulles d’air
Une des raisons principales du d´egazage est la pr´esence in´evitable et ind´esirable de bulles
d’air dans les dispositifs. En effet, le PDMS est hydrophobe, et quand bien mˆeme sa surface
serait trait´ee afin de devenir hydrophile, les r´earrangements des chaˆınes [36] lui redonnent son
caract`ere hydrophobe initial. Cette hydrophobicit´e, ajout´ee aux d´efauts sur les parois inh´erents
`
a la microfabrication, favorise la formation et la r´etention de bulles dans les microcanaux. La
pr´esence de ces bulles perturbe grandement le flux pr´evu `a l’int´erieur des canaux. Pour la plupart
des exp´eriences, il est n´ecessaire d’´eliminer toute bulle d’air avant l’utilisation du dispositif.
Lorsqu’un dispositif microfluidique contient des cavit´es de micro-aspiration dans lesquelles
est appliqu´e un vide relatif constant, les bulles d’air dans les canaux fluidiques sont inexistants.
Int´egration de contrˆoles actifs
Par ailleurs, l’int´egration des contrˆoles actifs dans les puces microfluidiques assembl´ees par
micro-aspiration pr´esente les mˆemes difficult´es que dans des puces microfluidiques habituelles.
Cependant, cette configuration pr´esente des avantages non n´egligeables. D’abord, au niveau de
la fabrication, les dispositifs contenant des vannes et des pompes sont difficiles `a fabriquer et
le rendement est bien inf´erieur `a 50%, surtout dans le cadre du d´eveloppement d’un dispositif.
En utilisant un dispositif assembl´e par micro-aspiration, nous pouvons d´esormais fabriquer des
dispositifs multicouches et surtout les r´eutiliser. En outre, au niveau de l’utilisation, les ´etapes de
pr´eparation sont grandement ´ecourt´ees par les m´ethodes de remplissage des vannes par
micro-aspiration. En effet, le remplissage en fluide des canaux bouch´es se faisait par une application
de surpression `a l’entr´ee du canal, for¸cant alors l’air pi´eg´e `a l’int´erieur du canal de s’´echapper
au travers du PDMS. Cette m´ethode rend l’utilisation de dispositifs contenant de nombreuses
B.2. Gestion de volumes 177
AspirationA B
C
t=0s t=2.55s t=12.1s t=120s Cavités de micro-aspiration Vannes de contrôleFig. B.2 – A et B : Sch´ema illustrant l’emplacement des volumes morts (en hachur´e) dans
les dispositifs microfluidiques habituels (A) et dans les dispositifs utilisant la micro-aspiration
pour d´eplacer les liquides (B). C : Montage de microphotographies suivant le remplissage d’une
chambre de cristallisation de prot´eines par diffusion. Le r´eactif rare contient du colorant pour
faciliter la visualisation. Les chambres sont initialement vides, s´epar´ees par une vanne de contrˆole,
puis sont remplies de r´eactifs diff´erents lorsque les vannes de micro-aspiration sont activ´ees. Au
bout de 10 secondes, lorsque les chambres sont effectivement remplies, la vanne s´eparant les
deux chambres est relˆach´ee et permet la diffusion des r´eactifs.
vannes tr`es laborieuse. Au contraire, en appliquant le vide dans les cavit´es de micro-aspiration
dans un dispositif contenant des vannes, il se cr´e´e une d´epression acc´el´erant l’´evacuation de l’air
pi´eg´e. Il ne suffit plus que de boucher les entr´ees de chaque vanne avec un goutte du liquide
de remplissage, d’appliquer le vide et d’attendre quelques minutes pour r´ealiser un remplissage
facilit´e de vannes.
B.2.2 D´eplacement de fluides de volume fixe
Afin que l’air puisse ˆetre ´elimin´e d’un canal, il est n´ecessaire que le volume occup´e soit
rem-plac´e par un autre fluide. Nous utilisons cet effet pour d´eplacer un liquide de volume fixe dans
les canaux. De cette mani`ere, il est possible de s’affranchir des volumes morts in´evitables en
uti-lisant les supports exp´erimentaux habituels autour de la microfluidique. En effet, un des grands
avantages de la microfluidique est de pouvoir manipuler des volumes extrˆemement faibles. Cela
est vrai seulement dans les microcanaux. Or, rappelons que toutes les techniques de d´eplacement
de liquides (injection par seringue, d´eplacements dus `a la diff´erence de pression hydrostatique,
d´eplacements par ´electroosmose...) requi`erent un remplissage complet des canaux
microflui-diques. La plupart du temps, ce remplissage se fait soit par seringues, soit par micropipette, et
les volumes utilis´es ne peuvent ˆetre en-dessous de quelques microlitres, mais ces volumes restent
toujours largement sup´erieurs aux volumes effectifs des chambres microfluidiques. Ces volumes
morts r´esultent des dispositifs d’injection et des canaux acheminant les fluides vers les chambres
de r´eaction (figure B.2 A et B).
Cavité de micro-aspiration Connexion pour le vide Surface du moule Cuisson Cuisson Aspiration Aspiration