3.2 Des biopuces en technologie Verre-PDMS
3.2.5 L’étape d’assemblage des puces
Cette dernière étape consiste à fermer les canaux réalisés sur un wafer ou sur tout autre support. Le choix des matériaux, du capot et celui empreint des canaux, fixe la technique de scellement à utiliser.
3.2.5.1 Intégration de l’optode et assemblage
Comme nous l’avons expliqué dans la partie conception, afin de faciliter l’intégration de l’optode dans la puce, nous l’avons fixée sur le capot de la puce. Nous avons utilisé du verre pour former le capot pour plusieurs raisons, pour sa rigidité, sa transparence et sa compatibilité avec les techniques de photolithographie classiques.
Le procédé permettant de réaliser les capots en verre où sont encastrées les optodes est identique à celui utilisé pour la fabrication des moules en SU8. Un wafer de verre de 1 mm est nettoyé par piranha puis fonctionnalisé par un plasma O2. Une couche de SU8 de 200µm est déposée par spincoating, puis photolithographiée afin de réaliser les connexions fluidiques et l’emplacement pour l’optode. Puis un film sec est laminé sur les deux faces du wafer, ces couches vont permettre de protéger la résine durant le perçage du verre. Cette dernière opération se fera à l’aide d’une sableuse afin de réaliser les trous servant aux connexions fluidiques. Le wafer est ensuite nettoyé par bain successif dans l’acétone, l’éthanol et dans l’eau déionisée. L’optode est ensuite collée sur le wafer à l’aide d’une colle silicone. L’ensemble des étapes est résumé sur la figure 3.9.
Les photographies de la Figure 3.10 montrent respectivement (a) le capot muni de l’optode et (b) la partie basse contenant un réservoir et les canaux fluidiques.
3.2. Des biopuces en technologie Verre-PDMS
FIGURE3.9 – Etapes de fabrication de la partie ’capot’ des bioMEMS
5 mm
(a)
5 mm
(b)
FIGURE3.10 – Photographies du capot (a) et de la structure fluidique en PDMS (b)
Le bioMEMS complet sera obtenu par l’assemblage des deux parties. Sachant que l’optode est un composant non compatible avec les techniques de collage classique, notamment avec le plasmaO2car l’optode contient une molécule sensible à l’oxygène, un plasmaO2pourrait alors détériorer l’optode. Nous avons donc décidé d’utiliser les propriétés élastomériques du PDMS pour réaliser l’étanchéité de nos canalisations. En effet, nous allons placer la structure en PDMS entre deux lames de verre que nous pressons afin de déformer le PDMS. La deuxième lame de verre permet une meilleure répartition sur l’ensemble de la puce microfluidique (Figure 3.11). Cette méthode permet, en plus, d’avoir un assemblage démontable et facile à mettre en œuvre.
capot avec l'optode structure fluidique en PDMS
lame de verre nue (a)
5 mm
(b)
Pour réaliser cet assemblage, il a été nécessaire de réaliser un support permettant de presser le PDMS, d’assurer les connexions fluidiques, la mesure de l’optode par une fibre optique et l’observation de la puce à l’aide d’un microscope. Le premier élément conçu est le bâti, il permet de positionner les différents éléments de la puce, et de réaliser sa visualisation à l’aide d’une ouverture (Figure 3.12(a)). Les deux ailettes sur le côté sont prévues pour fixer des éléments chauffants et ainsi réguler la température du support. Une deuxième pièce est montée sur le bâti afin de permettre l’étanchéité des puces par compression du PDMS (Figure 3.12(b)). Cette puce intègre également deux joints toriques et des pas de vis permettant l’utilisation des connexions Up-Church et ainsi de connecter facilement le système au contrôleur des écoulements. Le trou central rend possible le passage de la fibre optique nécessaire à la mesure de la concentration d’oxygène par l’optode. Des photographies et des schémas décrivant l’assemblage du système sont montrés en figure 3.13.
(a)
10 mm
(b)
FIGURE3.12 – Photographies du bâti (a) et du haut du support (b) permettant de maintenir la puce
10 mm (a) 10 mm (b) (c) (d)
FIGURE3.13 – Photographie d’une puce placée dans le support (), assemblage du système avec les connexions fluidiques (a), schéma montrant une vue en coupe (b) et une vue éclatée (c) du système.
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3.2.5.2 Cas de la résazurine
Comme nous l’avons vu dans le chapitre 2, nous avons utilisé les spécificités de la résazurine pour en faire un indicateur, en lieu et place des optodes, de la consommation d’oxygène par les bactéries. Les molécules peuvent se présenter sous la forme de poudre ou bien en solution. Nous avons opté pour la résazurine en solution, ce qui simplifie grandement le dispositif par rapport à l’usage d’une optode. En effet, nous n’avons ainsi pas besoin d’encastrer ce capteur dans le capot. Cela rend donc le scellement beaucoup plus simple. Nous avons alors opté pour un scellement irréversible du PDMS sur la lame de verre de microscopie (76x26 mm², épaisseur 1 mm).
Le PDMS une fois réticulé dans le support en aluminium (section 3.2.4) est démoulé. Les dispositifs sont ensuite découpés et les connexions fluidiques sont réalisées par perçage à l’emporte-pièce. Un nettoyage des surfaces des lames de verre et des dispositifs PDMS est réalisé dans un bain d’isopropa- nol, sous ultrasons, pendant 5 min. Les pièces sont ensuite séchées avec un flux d’azote puis mises à déshydrater dans une étuve à 80°C pendant 20 min. Les surfaces des différentes pièces sont ensuite exposées à un plasmaO2(200 W, 30 s, débit d’O2 1000 ml/min). Cette exposition permet la création de fonctions Si-OH à la surface du verre et du PDMS. L’utilisation d’un plasma oxygène de paillasse (60W, 2 min, pression d’O20,5 mbar) est également possible. La mise en contact des surfaces fonctionnalisées, suivie d’un passage à l’étuve pendant 20 min à 80°C, conduit à la création d’un collage irréversible via la formation des liaisons Si-O-Si [McDonald et al., 2000]. La figure 3.14, ci-après, résume les étapes de fabrication.
Wafer néttoyé
Photolithographie SU8
Moulage du PDMS puis cuisson
Démoulage et perçage du PDMS
Scellement des puces Silanisation OTS