Conclusion générale
Enjeux des laboratoires sur puce. Les laboratoires sur puce sont des dispositifs intégrés rassemblant, sur un subtrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire ; ils sont généralement dédiés à la manipulation d’échantillons chimiques ou biologiques. Ce sont souvent des systèmes microfluidiques, à faible nombre de Reynolds ; la réduction des dimensions entraîne des comportements particuliers des liquides, tels que la prédominance de flux laminaires ; pour cette raison, l’actionnement des liquides dans les microcanaux, notamment leur mélange, est un enjeu qui a retenu notre attention. Les microtas sont un sous-ensemble des laboratoires sur puce ; ce terme rassemble les systèmes miniaturisés, possédant généralement une dimension micrométrique, qui intègrent la séquence complète d’analyse d’un échantillon brut jusqu’à la lecture du résultat. Par définition, les microtas doivent manipuler des prélèvements non idéaux ; il est nécessaire de traiter de tels échantillons avant l’analyse, par exemple pour les concentrer ou les séparer d’espèces parasites. La préparation d’échantillon est le second enjeu qui a retenu notre attention.
PNIPAM. Le poly(N-isopropylacrylamide) (pnipam) est un polymère thermosensible subissant un changement conformationnel réversible, d’un état hydrophile et gonflé sous sa température de transition (lcst ∼ 32°C) à un état hydrophobe et replié au-delà. Les caractéristiques du pnipam permettent d’envisager des applications intéressantes en ce qui concerne les deux enjeux que nous avons identifiés : hydrophobe, il est capable de piéger des objets biologiques tels que des cellules ou des protéines ; hydrophile, il peut les libérer sur demande, sur un simple stimulus thermique, une fois que la solution a été débarrassée d’espèces indésirables. Il est donc intéressant d’étudier dans quelle mesure le pnipam peut contribuer à la préparation d’échantillons biologiques dans les laboratoires sur puce. Par ailleurs, un contrôle local de l’état du pnipam permet de dessiner des motifs ou des alternances de pnipam gonflé – hydrophile et replié – hydrophobe ; il est ainsi possible de créer des hétérogénéités de charges de surface, dont il est prédit qu’elles entraînent des recirculations de flux électrocinétique. Le pnipam est donc susceptible d’être à la base de mélangeurs électrocinétiques. Il existe par conséquent au moins deux applications possible du pnipam répondant à des demandes technologiques des laboratoires sur puce. L’objectif de nos travaux a été d’explorer les possibilités de développement et d’intégration de technologies à base de pnipam, répondant à ces deux problématiques.
Technologie PNIPAM. Nous avons développé une technologie d’intégration du pnipam dans les microsystèmes qui comprend deux volets : d’une part, l’intégration d’éléments chauffants, sources des stimuli thermiques permettant de contrôler l’état du polymère ; d’autre part, un protocole de fonctionnalisation chimique pour greffer le pnipam sur des surfaces. Nous avons réalisé deux types d’éléments chauffants : le premier consiste en des lignes chauffantes simples, longues, permettant un chauffage homogène de microcanaux, adapté à l’accrochage de molécules biologiques. Le second, plus complexe, est constitué d’un ensemble d’éléments chauffants miniaturisés, individuels et adressables ; ils sont destinés au contrôle local de l’état du pnipam, dans l’objectif de mélangeurs électrocinétiques. Nos résultats indiquent que l’intégration de ces sources thermiques n’est pas un
