Partie optique

Electrovalve ou valve solénoïde

Les pousses seringues délivrent le bon débit mais lorsqu’ils sont arrêtés un débit persiste quelques secondes. Afin de remédier à ce phénomène, chaque seringue positionnée sur les pousses seringues est équipée d’une électrovalve trois voies pour arrêter ce flux inertiel dans les tubes et permettre leurs remplissages automatiques.

Ces electovalves sont parfaitement pilotées par Labview. Aucun déplacement de liquide ne se produit lors du changement de voie. Il est à noter que ces electrovalves possèdent deux positions : une position dite de repos et une position dite de travail.

Dans notre cas, il s’agit du chemin seringue/réservoir de liquide. D’autre part, l’utilisation de ces valves favorisent la présence de bulles d’air, un travail manuel de purge journalier est nécessaire.

Connections fluidiques Principe

Les connections fluidiques entre le démonstrateur et la puce doivent être étanches d’une puce à une autre et éviter l’infiltration d’air pouvant générer des bulles dans le système. Une forme particulière au niveau de la connectique permet d’assurer l’étanchéité.

Résultats

Les connections fluidiques sont étanches et ne semblent pas favoriser la présence de bulles d’air dans le circuit. La désinstallation et l’installation d’une même puce, après évacuation des bulles d’air lors de la première installation, ne crée pas de nouvelles pertes de charge.

5.3.4 Partie optique

elliptique). La lumière diffusée par les billes est recueillie à deux angles différents par des guides d’onde sur la puce et des fibres optiques hors de la puce, connectées chacune à un PMT. Le montage tel qu’il est chez notre partenaire DTU est montré figure 5.24. La partie optique est donc composée d’une partie fluidique (détaillée

Figure 5.23 – Puce de détection optique développée par DTU.

précédemment) et d’une partie optique intégrée au démonstrateur. Cette dernière partie comprend un système en amont de la puce pour focaliser la lumière inci-dente via un laser et une lentille et un système en aval pour recueillir la lumière diffusée via les tubes photomultiplicateurs (PMTs).

En amont :

L’enjeu est de focaliser au mieux la lumière au niveau de la lentille insérée dans la puce (figure 5.25). Pour cela, le laser est placé sur un support assurant sa perpendicularité avec la face avant de la puce et son positionnement en hauteur pour être au même niveau que la couche de SU-8. Il est extrêmement important que

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Figure 5.24 – Photo du montage du module de détection optique de DTU.

le support empêche toute rotation autour de la face avant de la puce, le mouvement translationnel est moins critique. Une lentille cylindrique à plan convexe a été choisie et placée entre le laser et la puce afin de focaliser le faisceau verticalement.

Grâce à ce système, DTU augmente d’un facteur 10 l’intensité lumineuse arrivant sur la puce. Avec le démonstrateur final, ce gain est de 6 en raison de la plus grande distance focale de lentille utilisée - 140 mm au lieu de 40 mm - choisie pour des facilités d’intégration (problème d’encombrement à prendre en compte).

Cette lentille permet également de réduire l’effet des translations verticales du laser. Une fois la position optimale de la lentille fixée, l’influence du mouvement du laser sur le point de focalisation est réduite ; l’angle incident au point focal peut changer sans altérer le positionnement du faisceau sur la puce. Cette liberté de translation/mouvement du laser permet de réduire le bruit vibrationnel.

En aval :

Le système comprend deux fibres optiques, une photodiode, un PMT, un connec-teur fibre optique/PMT et un connecconnec-teur fibre optique/photodiode. Au début de l’intégration, la photodiode permettait de vérifier le bon alignement entre le la-ser, la lentille et la puce. Finalement cette vérification se fait à l’aide du PMT.

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Figure5.25 – Plan du montage en amont de la puce, vue de côté

Les données acquises par le PMT sont enregistrées via des cartes National Instru-ments avec une fréquence d’acquisition de 20 kHz pilotées par le logiciel Labview.

Ces données sont ensuite traitées par un programme Matlab développé par Bertin.

L’insertion de la fibre optique dans le connecteur du PMT est délicate et sensible.

Nous avons noté un facteur 1000 sur l’intensité du signal pour différents positions de la fibre optique. Une habitude de manipulation rend cette connectique plus reproductible.

Résultats

Le premier test est la vérification du signal optique lorsque le système d’hy-drofocalisation est activé. Ce signal, correspondant uniquement à la présence de liquide (ici de l’eau milli Q) dans le microcanal, renseigne sur le bruit de la mesure et donc de sa future sensibilité. D’après DTU, ce signal - ligne de base du signal - doit être proche de 1V avec un bruit moyen de 10 mV afin de détecter les billes lors des prochaines expériences. Cette valeur est atteinte pour un gain de PMT légèrement supérieur à celui conseillé (figure 5.26). Ce signal moyen ne doit pas être modifié en présence de billes. Les billes sont visualisées à travers l’apparition de pics de grande amplitude à partir du signal de base.

Expérimentalement, nous avons observé un léger décalage du signal de base (0,02 V) entre les signaux sans bille (tracé noir) et avec billes (tracé rouge, vert et bleu). Cet écart qui comparable au bruit moyen observé par DTU, est à mettre en relation avec le repositionnement de la puce entre ces deux types de signaux (figure 5.26). Le mouvement du tiroir (bas/haut) est donc assez reproductible.

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Figure 5.26 – Données brutes du PMT correspondant à l’intensité diffusée par la solution passant dans le canal microfluidique devant le détecteur ; en noir, sans bille -en rouge avec des billes magnétiques de 3 µm de diamètre - en vert, avec des billes magnétiques en activant la rétention magnétique - en bleu, après arrêt de la rétention.

Le signal sans bille comporte des pics d’assez grandes intensités - signal/bruit variant entre 1,04 et 1,13 - dus à la présence d’impuretés ou de billes restantes d’une précédente expérience. Un nouvel essai a été réalisé sur une autre puce avec un gain différent de PMT, le signal obtenu est plus homogène (figure 5.27).

Le signal correspondant aux billes de 3µmpossède des pics avec une fréquence élevée. D’après la concentration de l’échantillon injecté, la fréquence devrait être de 9 Hz pour une fréquence d’acquisition de 500 Hz. Le signal correspondant à l’activation de la partie rétention où les billes sont retenues entre les pointes magnétiques semble contenir moins de pic que le signal rouge. La présence de grands pics persiste dus à d’éventuelles impuretés.

En revanche, le signal obtenu juste après la désactivation de la rétention com-porte de nombreux pics d’intensité élevée. Ceci pourrait correspondre à la présence d’agrégats formés par l’application du champ magnétique. Cette expérience laisse supposer le bon fonctionnement de la première phase de la partie rétention. Les expériences n’ont pas été poursuivies d’une part par manque de temps et d’autre

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Figure 5.27 – Les signaux précédents sont décalés afin de mieux les comparer ; en noir, sans bille - en rouge avec des billes magnétiques de 3 µm de diamètre - en vert, avec des billes magnétiques en activant la rétention magnétique - en bleu, après arrêt de la rétention.

part en raison de la maturité du système optique intégré où la distinction entre un singulet et un doublet n’est pas systématique.