Use the CNC to make microfluidics chips
Préparation de puces microfluidiques à l’Open Lab
Who I am?
Je suis Post-Doctorant à l’Université Paris Diderot dans l’équipe matière et systèmes complexes avec Gaëlle Charron et Pascal Hersen. Mon projet de recherche consiste à développer une puce microfluidique pour réaliser l’ajout dosé de réactifs chimiques dans de petits volumes. Brièvement, dans mon projet, la titration de métaux dissous dans l’eau sera entreprise grâce à des molécules ayant une affinité spécifique pour ceux-ci et des nanoparticules d’argent qui amplifieront le signal pour une détection sensible via un spectromètre Raman.
Comment on fait?
Les techniques de microfabrication de puces sont souvent désignées sous l’appellation « soft-lithography » car le motif d’un substrat est répliqué « à l’infini » grâce à un élastomère peu coûteux, le polydimethylsiloxane (PDMS). Le PDMS est initialement sous forme liquide et va être polymérisé à 65°C en présence d’un agent durcissant sur le motif. Ce procédé de fabrication standard permet de générer l’inverse du motif initial. Dans notre cas des canaux de taille micrométrique seront obtenus après réplication d’un motif tri-dimensionel. Ici, nous cherchons à développer une nouvelle méthode de fabrication du motif initial.
Pourquoi utiliser la CNC de l'Openlab?
Les puces microfluidiques sont généralement fabriquées en salle blanche par photolithographie où l’image d’un masque est transférée sur une résine photosensible qui a été préalablement déposée en couches fines sur un substrat de silicium monocristallin. Cela permet de réaliser des motifs avec une résolution de l’ordre de quelques nanomètres ayant une hauteur constante définie par l’épaisseur de la résine. Malgré ces avantages, les techniques misent en œuvre sont assez lourdes et nécessite de travailler sous atmosphère pressurisée (salle blanche), d’utiliser des équipements coûteux et des réactifs chimiques dangereux comme l’acide fluorhydrique. Plutôt que d’utiliser ces techniques, nous cherchons à dévelloper ces puces avec la CNC de l'OpenLab pour fabriquer le motif initial de notre puce.
Quels sont les avantages et les inconvénients?.
La micro-fraiseuse permet de graver des motifs sur un matériau avec un précision latérale de 2μm et définie par le diamètre et la géométrie de la fraise utilisée. Typiquement, la fabrication de la puce se déroule en deux étapes avec un dégrossissage suivi d’une finition où deux fraises différentes sont employées. Dans l’étape de dégrossissage, une fraise ayant un diamètre large (Ф ~2mm) et une section plane est utilisée pour graver rapidement le matériau. Pour la finition, une fraise plus fine ayant une pointe arrondie est employée (Ф~0,5mm). Le changement de fraise nécessite une opération manuelle de l’utilisateur sinon le reste de l’opération est piloté par ordinateur. Le temps de fabrication dépend de la quantité de matière à graver et peut prendre de 2h à une dizaine d'heure. Les temps d'usinage sont comparables à ceux encontrés en salle blanche mais ne nécessite pas l'emploi de réactifs dangereux et le coût est moindre. Cette machine est parfaite pour fabriquer différentes puces en fonction de l'évolution de mon projet de recherche.
Développement
En plus de réaliser une puce microfluidique selon une technique nouvelle et plus avantageuse en termes de coût comparé aux techniques de lithographie classique, des dévelopements intéressants pourront être entrepris. En effet, cette technique permet de réaliser des motifs complexes en trois dimensions ce qui est prometteur pour réaliser des « mélangeurs » dans les canaux microfluidiques. Habituellement, le mélange des réactifs dans les canaux est obtenu grâce à des canaux sinueux et un temps d’incubation long. Grâce à la micro-fraiseuse, des obstacles pourraient être ajoutés dans les canaux dans le but de réaliser un mélange plus efficace.
Protocole expérimental
Sur le lien ci-dessous, j'ai essayé de détailler l'utilisation des deux machines que j'utilise pour faire ces puces. Dans un premier temps, un bloc de plexiglas (aussi appelé formaglass, acrylique ou PMMA) est découpé au laser cutter selon des dimensions de la puce à usiner. Ensuite la CNC est utilisée.
