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AN INTEGRATED MAGNETIC PLANAR ACTUATOR REDEFINING MULTILEVEL (3D) MICROFLUIDIC STRATEGIES

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Academic year: 2021

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HAL Id: hal-00987976

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Submitted on 7 May 2014

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AN INTEGRATED MAGNETIC PLANAR

ACTUATOR REDEFINING MULTILEVEL (3D)

MICROFLUIDIC STRATEGIES

Sébastien Cargou, Marc Fouet, Armelle Montrose, David Bourrier, Karine

Reybier, Anne Marie Gué

To cite this version:

Sébastien Cargou, Marc Fouet, Armelle Montrose, David Bourrier, Karine Reybier, et al.. AN

INTE-GRATED MAGNETIC PLANAR ACTUATOR REDEFINING MULTILEVEL (3D)

MICROFLU-IDIC STRATEGIES. 10th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of

Magnetic Cerriers, Jun 2014, Dresden, Germany. pp63. �hal-00987976�

(2)

AN INTEGRATED MAGNETIC PLANAR ACTUATOR REDEFINING  

MULTILEVEL (3D) MICROFLUIDIC STRATEGIES 

 

S. CARGOU13, M. FOUET13*, A. MONTROSE23, D. BOURRIER 13, K. REYBIER23, A.-M. GUÉ13

1

LAAS-CNRS, Toulouse, FRANCE

2

PHARMADEV, Toulouse, FRANCE

3

Université de Toulouse, Toulouse, FRANCE *email : [email protected]

 

Super‐paramagnetic  micro  particles  (SMPs)  are  broadly  used  in  medical  and  biological  applications  (from  cellular to genomic scales), but the handling tools for those particles remain mostly non‐integrated. Since a  decade, a few solutions for integrated actuation have been proposed and paved the way to the micro‐scale  control  of  SMPs.  So  far,  spiral  planar  coils  showed  the  best  compromises  between  the  available  magnetic  force  and  the  actuator  footprint.  Albeit  the  technology  to  integrate  this  type  of  coils  with  microfluidic  structures  exists,  it  is  hard  to  find  examples  of  dual  architectures  using  those  two  aspects  for  concrete  applications. 

 

As  a  matter  of  fact,  the  fluidic  structures  of  such  an  actuator  should  be  designed  so  as  to  take  advantage  of  the  high  impact  of  the  magnetic  force  component  developed  on  the  orthogonal  axis  of  a  spiral  planar  micro‐coil,  which  is  impossible  given  the  lack  of  simple  fabrication  techniques for 3D microdluidics.  

 

We therefore developed a SU‐8 dry film lamination technique, which can  be  used  with  standard  micro  technology  processes.  It  allows  us  to  combine  a  good  resolution  (the  height  and  width  of  the  coil  turns  are  5µm)  and  3D  structures,  can  be  carried  out  on  silicon,  glass  or  flexible  substrates, and is compatible with other commercially available low cost  dry  films  for  the  microfluidic  architecture.  Our  approach  was  then  to  place  planar  coils  under  two  superposed  channels,  the  top  one  containing a sample with magnetically targeted cells, and the bottom  one a buffer to recover the magnetic beads an attached cells. 

 

The devices were then tested with a setup including a current source (100mA injected in each coil, the coils  being wired in three series of three), a Fluigent pressure controller, and a bright field microscope. In a first  step  (A),  the  magnetic  particles  (5µm  diameter  from  Invitrogen)  are  vertically  focused  using  the  first  six  coils. Once the beads have reached the separation level, they are attracted towards the bottom channel with  the last three actuators. 

 

Using that system, we achieved to separate a solution of SMPs with an 80% efficiency at a 2.5 µL/min flow  rate (4.6 mm/s). It is also possible to perform trapping (all the beads stay on the coils) at lower flow rate:  trapping  is  observed  simultaneously  with  separation  (with  a  100%  yield)  at  1µL/min  (1.8  mm/s).  We  showed also that trapping of monocytes was possible on this coil design.    Currently we are working on the system characterization with a biological application. This type of systems  is particularly suited to integrated detection techniques, and a next important step would be the conception  of a fully coupled magnetic actuation and electrical detection microfluidic chip.        Figure  2: a) Scheme of the integrated magneto‐fluidic actuator. SMPs are separated from the top channel to be released 

in  the  bottom  channel,  due  to  the  magnetic  attraction  of  nine  microcoils.  b)  Top  view  photography  of  the  microfluidic 

chip.

 

  25µm  25µm  10 µm  a)  b)  Figure1: THP1 Monocytes (about 15µm  diameter) trapped on a planar microcoil. 

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