Bien que les dispositifs microfluidiques aient une grande variété d'utilisations, du diagnostic sur le lieu de soins à l'analyse environnementale, une limitation majeure est qu'ils ne peuvent pas être modifiés pour différentes utilisations à la volée, puisque leurs chemins d'écoulement sont définis lors de la fabrication. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont résolu cette limitation en concevant des électroportes qui peuvent réguler le flux de liquide à différents points le long du microcanal, un processus qui peut être entièrement contrôlé avec un smartphone.

Les chercheurs, Y. Arango, Y. Témiz, O. Gӧkçe, et E. Delamarche, chez IBM Research-Zurich à Rüschlikon, La Suisse, ont publié un article sur les électroportes dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

« Les diagnostics au point de service représentent un marché très segmenté, " Delamarche a dit Phys.org . "Pour chaque type de test, un dispositif microfluidique doit être conçu et fabriqué pour assurer des performances de dosage optimales (volume d'échantillon traversant le dispositif, débits, le temps imparti pour que les réactions aient lieu, temps imparti pour dissoudre certains réactifs dans la puce avec l'échantillon, etc.). C'est un peu frustrant, et avec la microtechnologie silicium, il est toujours avantageux de couvrir autant d'applications que possible sans trop de reconception et de changements dans les processus de fabrication.

"C'est là que les électroportes aident, et c'est ce qui nous a motivé à les inventer. L'idée est de rendre les puces beaucoup plus génériques et de transférer une partie du routage et de la synchronisation du flux à un niveau logiciel, c'est à dire., un protocole téléchargé sur un smartphone ou une tablette. Changer les protocoles au niveau logiciel est facile, vite, flexible et pratique."

Plutôt que d'utiliser des éléments mécaniques tels que des pompes et des vannes pour contrôler le débit, les électroportes sont basées sur l'électromouillage. Ce processus consiste à appliquer une tension électrique pour contrôler les propriétés de mouillage de la surface, qui à son tour contrôle le débit du liquide.

Chaque électroporte est constituée d'une tranchée gravée dans la surface inférieure du microcanal, avec une électrode modelée sur la tranchée et une seconde électrode modelée sur une courte distance devant la tranchée. Lorsqu'un échantillon liquide s'écoule le long du microcanal en l'absence de tension, il s'arrête au niveau de la tranchée car le changement brutal de l'angle de contact crée une force d'accrochage sur le liquide. Une petite tension ( <10 volts) appliqué entre les deux électrodes tire vers le bas des ions du liquide vers le bord de la tranchée où le liquide est épinglé, ce qui rend cette zone plus mouillable. En conséquence, l'angle de contact du liquide dans cette zone diminue, provoquant la reprise de l'écoulement du liquide à travers la tranchée et à travers le microcanal.

Les chercheurs ont démontré que la courbure de la tranchée détermine la fiabilité et le temps de rétention des électroportes. Avec une grande courbure, ils pourraient atteindre une fiabilité de 100 %, des temps de démarrage et d'arrêt inférieurs à une seconde, et des temps de rétention supérieurs à 5 minutes, qui peut être prolongée au-delà de 45 minutes avec des stratégies supplémentaires. Les électroportes fonctionnent également avec différents types de liquides, y compris le sérum humain.

Parmi ses avantages, les électroportes sont faciles à fabriquer, avoir une stabilité à long terme, sont biocompatibles, et peut être implémenté à plusieurs endroits sur la même puce. Les chercheurs s'attendent à ce que les électroportes puissent être facilement mises en œuvre en basse puissance, appareils de microfluidique portables à l'avenir.

"Nous sommes soutenus par une subvention de l'UE, et nous avons encore un peu de temps pour "pousser" les électrogates plus loin, " a déclaré Delamarche. "Une tâche (presque terminée) consiste à varier les options de fabrication des électroportes afin que les technologues aient plus de liberté pour les concevoir et les fabriquer. Cela peut aider à diffuser le concept, nous pensons. Puis, nous montrerons des exemples spécifiques où la combinaison de quelques électroportes peut créer des fonctions plus avancées pour les systèmes microfluidiques."

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