1P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

développement et caractérisation de microtechnologies polymères monolithiques

pour les laboratoires sur puces

2P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

le concept de lab-on-a-chip

1. microfluidique

ré-introduit au début des années 90 par A. Manz: intégrer les différentes fonctions d’un laboratoire sur une puce (déplacer, mélanger, chauffer des fluides, séparer, détecter des espèces etc…)

fabrication en masse de mini laboratoires à bas coût, utilisations de plus petits volumes de produits chimiques (onéreux, polluants, rares), réactions plus rapides, automatisation, parallèlisation, …

bref, diminution du prix de l’analyse!

besoin de coupler les microsystèmes traditionnels (électronique, capteurs, résistances chauffantes, vannes, pompes, …) à de la micro plomberie

microsystèmes hybrides avec une partie microfluidique polymère

laboratoire industriel de chimie (1915) laboratoire sur puce (Toulouse - 2005)

3P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

un exemple de réplication : le coulage du PDMS

moule négatif

coulage du PDMS

démoulage et ouverture des accès

report sur un support (silicium, verre, PDMS, circuit imprimé, …)

procédé de moulage (coulage, injection, emboutissage, thermoformage)

-procédé simple, rapide, bas coût

-backprocessing (ouverture des accès, assemblage, alignement) difficile

master Si/SU-8

puce PDMS pour l’électrophorèse

section de canal 100x100µm

2. microtechnologies

4P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

technologies SU-8 (1/3)

La SU-8 : un nouveau matériau de construction pour des micro-objets…

- résine de photolithographie avec une absorbance très faible à 365nm : structures d’une hauteur du µm au mm avec des ratio de forme de 20

- biocompatible et très résistante chimiquement

- report de couches de SU-8

- couches sacrificielles épaisses (10 à 100µm)

challenge: fermer des structures SU-8 ouvertes avec de la SU-8

OUI

NON

spin-coating 2ème niveau

2. microtechnologies

plus de problème d’alignement!

5P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

SU-8 et usinage de surface (2/3)

support mécanique

- SU-8 non-réticulé : couche sacrificielle de grande épaisseur avec un grand ratio de forme

- procédé ne convenant pas pour la réalisation de microcanaux de plus d’un mm de long mais opérationnel pour d’autres microstructures

réservoir d’accès à un microcanal

interface SU-8 non-réticulé/air

SU-8 non-réticulé

SU-8 réticulémétal (opaque)

photolithographie SU-8 niveaux 1 et 2

évaporation et photolithographie

métal

photolithographie SU-8 niveaux 3

révélation SU-8 et gravure humide

métal

2. microtechnologies

6P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

lamination de film photosensible de SU-8 (3/3)

support mécanique

SU-8 non-réticulé

SU-8 réticulésupport flexible

métal photolithographie SU-8

niveau 1 et 2 (métallisations éventuelles)

lamination support flexible/SU-8 photosensible

insolation, recuit, délamination du support

flexible et révélation

réseau 3D de microcanalisations interconnectées 40x100µm

- intégration 3D avec la précision de la photolithographie

- intégration d’électrodes triviale

- applicables à d’autres structures MEMS

2. microtechnologies

7P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

encore quelques images …

2. microtechnologies

fermeture de structures larges

mauvais paramètres …

exemple de puce d’électrophorèse sur substrat verre (10cm x 3cm)

puce tout SU-8 : microfluidique flexible

réservoir microcanal électrode enterrée contact électrique

8P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

visualisation d’une fonction : l’injecteur électrocinétique

3. Caractérisations

haute tension (8x3000V)A

traceurs fluorescents

micro canalmicroscope à fluorescence

Caméra CCDPC

pousse seringue

injection à potentiels contrôlés

injection à potentiels flottants

1

2

fluoresceine

acriflavine

9P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

4. Conclusions et perspectives

- nouvelle voie technologique pour la fabrication de réseaux microfluidiques 3D

- caractérisations hydrauliques, électrocinétiques, fonctionnelles

en cours …

-intégration vers un microsystème complet

-test de fonctions séparatives

-modification des propriétés physico-chimiques de la SU-8

-nouvelles fonctions en 3D ?

10P. Abgrall – groupe MIS – LAAS/CNRS

Questions ???