IV.2 Mise en place du système
IV.2.2 Matériel et méthode
a) Préparation des puces microfluidiques
Les puces microfluidiques ont été préparées par "soft lithography". Les moules ont été fabriqués de deux façons différentes : à l’aide d’une imprimante 3D ou par photolithographie. Les premiers tests ont été effectués à l’aide de moules réalisés par une imprimante Form2 (imprimante de type SLA de chez FormLabs) à partir des fichiers Openscad que l’on peut retrouver en annexe (Annexe C). L’utilisation de la Nanoscribe (imprimante 3D également de type SLA) d’une précision inférieure au micron, est actuellement envisagée pour la pré-paration des moules. Ce type d’imprimante permettra un rapport d’aspect bien supérieur à celui obtenu avec la photolithographie. On coule ensuite le PDMS fraichement préparé (cf. chapitre III) et dégazé dans le moule puis le tout est placé dans une étuve pendant 1h à 80˚C. La puce est ensuite découpée puis collée sur une lame de verre recouverte de PDMS afin d’éviter aux gouttes de mouiller sur le verre. Pour cette étape de collage, les surfaces sont ionisées de PDMS à l’aide d’un plasma d’oxygène pendant une minute en utilisant un nettoyeur à plasma ("Plasma Cleaner"). Des liaisons covalentes se forment entre les diffé-rentes pièces de PDMS. Finalement l’ensemble est replacé dans l’étuve à 80˚C pendant deux heures. Cela permet de restituer son caractère hydrophobe au PDMS.
Du fait de la limite de résolution des moules par impression 3D (de l’ordre de quelques dizaines de micromètres avant l’utilisation de la Nanoscribe), nous avons choisi par la suite la fabrication des puces microfluidiques par "soft lithography". Nous avons dans un premier temps préparé un masque de verre de taille 3 pouces (CIPEC) recouvert de chrome et présentant une résolution de l’ordre du micromètre. Ceci a été réalisé par Loïc Becerra de
Fig. IV.8 Simulation 2D de l’écoulement focalisé à l’aide du logiciel Comsol à différents instants. La fraction volumique de l’eau est représentée. Les dimensions sont notées en mi-cromètre en abscisse et en ordonnée.
IV.2. MISE EN PLACE DU SYSTÈME
l’INSP d’après les fichiers CleWin que nous avons dessiné. Le moule est ensuite préparé avec une résine photosensible SU-8 déposée sur un support de taille 5 pouces en silicium. Lorsque la résine est déposée sur le support plusieurs étapes de recuit et d’exposition vont se succéder. Pour une résine SU-8 liquide (MichroChem), préparation dite par "spincoating" :
— Un recuit "soft-bake" à 65˚C pendant 5 minutes puis à 95˚C pendant 10 minutes. — Une exposition aux UV à l’aide d’une MJB4 au travers du masque chrome-verre. La
dose à appliquer va dépendre de la résine, de la puissance de la lampe et de la nature du masque mais elle est comprise entre 200 et 300 mJ.cm−1.
— Un recuit "post-bake" à 65˚C pendant 5 minutes puis à 95˚C pendant 10 minutes. — Un développement dans un bain de "SU-8 developer" (Propylène glycol monométhyl
éther acétate, PGMEA) pendant 10 minutes puis un rinçage à l’isopropanol.
— Un recuit "hard-bake" à 150 - 200˚C pendant une dizaine de minutes pour relâcher les contraintes.
Il existe également dans le commerce des galettes de résine SU8, appelé films secs, qu’il suffit de déposer sur un support. Pour un film sec de 100 µm SUEX (DJ DevCorp), préparation par laminage :
— Le support en silicium est préchauffé deux minutes à 85˚C.
— La galette en SU-8 est laminée sur le support à une vitesse de 0,2 cm.s−1 et une température de 66˚C.
— Une exposition aux UV à l’aide d’un UVKUB 2 au travers du masque chrome-verre. La dose d’énergie à appliquer pour ce type de résine est de 900 mJ.cm−2 mais un temps d’exposition plus faible à la lampe à UV (conduisant à une énergie surfacique plus faible) semble donner une meilleure précision pour les motifs de nos puces (diminution de l’ordre de 5 % du temps d’exposition). Avec l’UVKUB il est conseillé d’effectuer une exposition pulsée de la résine (par exemple 6 pulses de 6 secondes induisent une exposition de la résine à 850 mJ.cm−2).
— Un recuit à 65˚C pendant 5 minutes puis à 95˚C pendant 10 minutes.
— Un développement dans un bain de "SU-8 developer" (Propylène glycol monométhyl éther acétate, PGMEA) pendant 30 minutes puis un rinçage à l’isopropanol.
— Un recuit "hard-bake" à 150 - 200˚C pendant une dizaine de minutes.
Le moule est ensuite utilisé de la même façon que les moules fabriqués par impression 3D.
b) Préparation des solutions
Les phases aqueuse et huile sont préparées selon le même protocole que la méthode manuelle de fabrication des BIG (partie III.2.1).
c) Le système Fluigent de contrôle des flux
Les flux des différentes phases dans les puces microfluidiques sont imposés par un contrô-leur de pression (Fluigent). Le principe est d’imposer une surpression contrôlée (de quelques millibars à 2 bars) dans un réservoir relié à la puce microfluidique ce qui engendre un flux pro-portionnel à cette surpression (de quelques pL.min−1 à quelques µL.min−1). La connexion entre le réservoir et la puce est assurée par des tubes en téflon de diamètre intérieur égal à 250 µm pour la phase aqueuse et 500 µm pour la phase huile et longs d’une quinzaine de centimètres. Les surpressions utilisées sont comprises entre 5 et 60 mbars pour les voies de la phase aqueuse, 20 à 150 mbars pour les voies de la phase squalène et contrôlées à l’aide
du logiciel MAESFLO. Les surpressions de chaque voie doivent être ajustées pour chaque nouvelle puce de façon à obtenir un écoulement convenable, généralement avec une surpres-sion de la voie squalène légèrement supérieure à la surpressurpres-sion de la voie phase aqueuse. Les puces sont au préalable remplies de phase continue (le squalène contenant les lipides) puis les tubes de la phase aqueuse sont connectés en prenant soin d’avoir une goutte perlant à l’extrémité afin d’éviter toute bulle d’air dans la puce.