Schéma du dispositif microfluidique optoélectromouillant actionné par la lumière coplanaire qui comporte une grille de maille métallique intégrée. Une gouttelette sur la surface du dispositif est actionnée et déplacée autour du plan bidimensionnel sous l'influence d'un motif optique incident. Crédit :Jodi Loo et al. doi:10.1117/1.JOM.1.3.034001.
Les technologies microfluidiques ont connu de grandes avancées au cours des dernières décennies dans le traitement d'applications telles que l'analyse biochimique, développement pharmaceutique, et des diagnostics au point de service. La miniaturisation des opérations biochimiques réalisées sur les plateformes microfluidiques lab-on-a-chip bénéficie d'un prélèvement réduit, réactif, et les volumes de déchets, ainsi qu'une parallélisation et une automatisation accrues. Cela permet des opérations plus rentables ainsi qu'un débit et une sensibilité plus élevés pour une analyse et une détection d'échantillons plus rapides et plus efficaces.
L'optoélectromouillage (OEW) est une technologie optofluidique numérique basée sur les principes de l'électromouillage contrôlé par la lumière et permettant l'actionnement et la manipulation de gouttelettes discrètes. Les appareils OEW présentent de nombreux avantages, tels que la capacité à grande échelle, temps réel, et un contrôle reconfigurable de gouttelettes de la taille du picolitre au microlitre en ajustant le nombre et la taille des motifs lumineux optiques de faible intensité incidents sur le dispositif. Avec chaque gouttelette individuelle sur le dispositif OEW agissant comme sa propre chambre de bioréaction, le dispositif OEW a également la capacité de prendre en charge les capacités de multiplexage. Cela peut s'avérer bénéfique dans des applications telles que l'analyse monocellulaire et la génomique ou les bibliothèques combinatoires.
Les anciens dispositifs OEW traditionnels fournissent une plate-forme flexible pour effectuer des tests chimiques et biologiques tels que la réaction en chaîne par polymérase isotherme en temps réel avec des techniques de manipulation de gouttelettes de base. Cependant, dans ces appareils OEW, des gouttelettes sont prises en sandwich entre un substrat OEW actif inférieur et un substrat d'électrode de masse de couche supérieure, obligeant à intégrer toutes les configurations fluidiques d'entrée/sortie depuis les ouvertures latérales. Bien que faisable, cela peut s'avérer limitatif pour l'intégration du système.
Des chercheurs de l'Université de Californie, Berkeley, créé un simple face, Dispositif OEW coplanaire qui permet un actionnement de gouttelettes individualisé et parallèle et bénéficie d'une accessibilité plus facile des gouttelettes par le haut pour plus de schémas de configuration d'entrée/sortie. Ceci a été réalisé en éliminant le besoin d'une électrode de couverture supérieure trouvée dans les dispositifs OEW traditionnels en fabriquant une grille en treillis métallique intégrée sur le dispositif OEW. Les gouttelettes peuvent toujours se déplacer librement sur la surface de l'appareil en deux dimensions et sont désormais accessibles par le haut grâce à la conception à toit ouvert.
La lumière est éclairée sélectivement sur la couche photoconductrice sous une partie de la ligne de contact d'une gouttelette pour obtenir un déséquilibre de force électromécanique à l'intérieur de la gouttelette. Cela amène la gouttelette à se déplacer vers le motif lumineux. Crédit :Jodi Loo et al. doi:10.1117/1.JOM.1.3.034001.
Dans leurs recherches, récemment publié dans le nouveau SPIE Journal des microsystèmes optiques , ils ont également dérivé un modèle théorique du dispositif OEW coplanaire pour mieux comprendre comment la grille de maille métallique intégrée affecte les performances du dispositif et des gouttelettes. L'analyse recueillie à partir du modèle OEW coplanaire a été utilisée pour optimiser la structure et le fonctionnement du dispositif coplanaire. Ils ont démontré leur capacité à manipuler les gouttelettes de base, telles que les opérations de gouttelettes individuelles en parallèle, fusion de plusieurs gouttes, et la capacité de manipuler et de déplacer simultanément des gouttelettes de volumes variables.
Le dispositif coplanaire améliore les performances d'actionnement des gouttelettes du dispositif OEW traditionnel avec des vitesses plus de deux fois plus rapides, jusqu'à 4,5 cm/s. Les vitesses de gouttelettes plus élevées sur le dispositif OEW coplanaire obtenues malgré une réduction marginale de la force effective par rapport au dispositif OEW traditionnel peuvent être en partie attribuées à la réduction de la friction due à l'élimination du couvercle supérieur.
En outre, la capacité de faire fonctionner des dispositifs OEW coplanaires avec une intensité lumineuse réduite de 95 % a été démontrée. Pour montrer l'avantage d'avoir des gouttelettes exposées pour s'adapter à une plus large gamme de configurations d'entrée/sortie, un système de distribution de gouttelettes à la demande par le haut a été intégré au dispositif coplanaire OEW pour injecter, collecter, et positionner des gouttelettes individuelles et former des réseaux de gouttelettes à grande échelle allant jusqu'à 20 par 20, couvrant toute la surface de l'appareil. La création de dispositifs OEW plus grands devrait permettre d'héberger encore plus de gouttelettes sur la puce.
Avec cette recherche, l'équipe a développé une plate-forme OEW pour une manipulation fiable des gouttelettes qui peut accomplir la plupart des techniques de paillasse biologiques et chimiques de base. Le dispositif OEW coplanaire étend la flexibilité et l'éventail des possibilités des technologies optofluidiques pour réaliser de plus grandes capacités d'intégration de système et des applications biologiques et chimiques.
