Lorsque l'on commence à travailler avec la microfluidique, on peut être dérouté par le nombre de types de connexions pour sa puce, ses tubes et sa pompe. En effet, la microfluidique a emprunté ces standards à différents domaines, tels que la HPLC et la médecine, et chaque fabricant a ses préférences pour un type de connexion ou un autre.
Dans ce tutoriel, nous définirons les types de raccords et connecteurs les plus couramment utilisés en microfluidique, et expliquerons comment les choisir en fonction de trois paramètres principaux : le tube utilisé, la pression appliquée dans votre système microfluidique, et ce que vous devez interfacer (puce, seringue…).
Les différents types de raccords et connecteurs en microfluidique
De manière générale, les connecteurs suivants ont été choisis pour la microfluidique afin d'obtenir le plus petit volume interne possible tout en assurant des connexions étanches. Les connecteurs en microfluidique sont divisés en deux catégories : filetés et Luer. Nous verrons ensuite comment connecter directement une puce PDMS à un tube rigide ou flexible, ainsi que les raccords et connecteurs microfluidiques moins couramment utilisés.
Connecteurs filetés
Les connecteurs filetés sont largement utilisés dans les applications à haute pression, telles que la HPLC ou la GC. En microfluidique, ils garantissent des connexions étanches et une résistance à la haute pression (> 100 bar), tout en étant très pratiques pour connecter des tubes rigides (tels que le PTFE, le FEP, le PEEK…).
Ce que nous appelons « raccord » (fitting) est le système composé d'un écrou et d'une ferrule. L'écrou est vissé dans le filetage récepteur, tandis que la ferrule est comprimée par le vissage et assure l'étanchéité de la connexion.
Bien que ces raccords et connecteurs soient principalement fabriqués en PFA ou PTFE, on les trouve également en polypropylène pour les applications à basse pression, ou en PEEK pour les plus exigeantes.
| Pros | Inconvénients |
| Facile à utiliser : il suffit de visser le connecteur pour obtenir une connexion étanche et résistante (> 100 bar) | L'assemblage écrou + ferrule ne fonctionne qu'avec des tubes rigides, et non avec du silicone, du Tygon, etc. Des adaptateurs filetés vers cannelés (barbed) existent pour connecter des tubes flexibles, mais avec des limitations. |
| Disponibles en différents matériaux (Delrin, PFA, PTFE, PEEK…) | Non standard pour les puces microfluidiques prêtes à l'emploi |
1/4-28
Les connecteurs filetés les plus utilisés en microfluidique. Avec un diamètre de 1/4 pouce (6,35 mm) et 28 filets par pouce, ils sont particulièrement utiles pour connecter un tube rigide de 1/16" OD (1,6 mm) ou 1/8" OD (3,2 mm).
10-32
Ces connecteurs sont utilisés comme alternative aux 1/4"-28 UNF en raison de leur taille plus petite (diamètre de 0,19 pouce ou 4,82 mm, 32 filets par pouce). Disponibles pour les tubes de 1/16" OD, ces connecteurs 10-32 peuvent également s'adapter aux tubes de 1/32" OD.
6-40
Les plus petits connecteurs standards utilisés en microfluidique, avec un diamètre de 0,138 pouce (3,50 mm) et 40 filets par pouce. Ces raccords sont également couplés à des ferrules, et sont principalement utilisés avec des tubes de 1/32" (0,8 mm) OD.
💡 Astuce : Plus il y a de filets sur le raccord, plus il peut supporter de pression ! Vous devez alors considérer le dernier chiffre (28 dans « 1/4-28 » ou 40 dans « 6-40 ») qui indique le nombre de filets par pouce. En microfluidique, la haute pression n'est pas une exigence clé, et le choix de la taille d'un raccord dépend principalement de sa commodité.
Adaptateurs filetés vers cannelés (barbed)
Comme vu ci-dessus, l'ensemble écrou + ferrule n'est pas compatible avec les tubes flexibles. Cependant, certaines solutions existent, telles que les adaptateurs filetés vers cannelés (barbed) (voir image ci-dessous). La plus petite flèche étant pour un tube d'un diamètre intérieur d'environ 1,2 mm, il ne sera pas possible de connecter un tube avec un diamètre intérieur plus petit. De plus, il est impossible de travailler à haute pression avec ce raccord, car le tube sortirait de l'adaptateur.
Connecteurs Luer
Héritées du monde des seringues et des aiguilles, les connexions Luer sont particulièrement pratiques pour la microfluidique « plug-and-play », permettant des connexions étanches et faciles. Deux types principaux de connexions Luer sont utilisés :
- Les raccords Luer Slip sont pressés ensemble et maintenus par friction (sans filetage),
- Les raccords Luer-Lok, également communément appelés Luer Lock, sont des connexions Luer Slip dotées d'un moyeu à languette sur le raccord femelle qui se visse dans les filets d'un manchon sur le raccord mâle.
Le fabricant de puces microfluidiques ChipShop a développé des puces standard utilisant un nouveau type de standard Luer : le mini Luer. Appliquant le même principe que le Luer pour les connexions plug-and-play, elles présentent des dimensions plus petites pour s'adapter sur des puces de la taille d'une lame de microscope (75 mm x 25 mm).
| Avantages | Inconvénients |
Très facile à utiliser Pour les raccords Luer Lock, la connexion est sécurisée et étanche. | Les raccords Luer Slip sont moins résistants à la haute pression (pression max. de 2 bar) que les connecteurs filetés. Le filetage supplémentaire des raccords Luer Lock permet d'atteindre des pressions plus élevées. |
Les raccords Luer Slip ont un faible encombrement, ce qui facilite la création d'une connexion à une puce microfluidique. | Les raccords Luer Lock ont un encombrement important, non compatibles avec certaines puces microfluidiques. |
| Connexion directe aux adaptateurs pour tube flexible (silicone, Tygon…) | Non pratique pour la connexion à un tube rigide (PTFE, FEP, PEEK…) |
💡 Astuce : Avoir une connexion Luer Slip au lieu de Luer Lock sur votre puce n'est pas un problème lorsque vous travaillez avec la microfluidique ! Généralement, la pression dans le système est suffisamment basse pour assurer une bonne connexion partout. Cependant, il est toujours préférable d'utiliser une seringue Luer Lock afin de sécuriser la connexion.
Comment connecter ces ports Luer à votre tube alors ? En fait, il est facile de connecter un tube flexible, tel que le silicone ou le Tygon : vous pouvez trouver de nombreux connecteurs avec une flèche en fonction du diamètre intérieur du tube, le minimum étant d'environ 1 mm. Pour les tubes de plus petites tailles, comme les Luer sont généralement utilisés avec des aiguilles sur des seringues, il est possible de connecter facilement une aiguille au raccord Luer.
Connexion directe
Sur les puces PDMS, il est possible de connecter directement le tube à la puce microfluidique via les trous punchés. Cependant, le tube doit être rigide (par exemple, en PTFE).
Alternativement, le tube flexible peut être connecté aux puces PDMS via des aiguilles, comme illustré ci-dessous.
Autres types de connecteurs
Ces connecteurs sont moins utilisés en microfluidique, mais vous pourriez les trouver pour des applications spécifiques.
Push-in
Les raccords push-in sont fiables et faciles à utiliser : une fois le tube poussé dans le port de connexion, il est maintenu fermement. Principalement utilisés pour les connexions pneumatiques, les raccords push-in peuvent également être intéressants pour les connexions de fluide, mais le diamètre du tube requis est généralement supérieur à celui des tubes utilisés en microfluidique.
6-32
Comme alternative aux raccords 6-40, les raccords 6-32 peuvent également être trouvés en microfluidique. Principalement utilisés pour les capillaires (360 µm OD), ils sont pratiques grâce à leur faible encombrement.
Comment choisir les bons raccords et connecteurs en microfluidique ?
Le tableau suivant récapitule les avantages et les inconvénients des connecteurs les plus couramment utilisés en microfluidique.
| Type de connexion | Points forts | Faiblesses |
| Fileté (écrou + ferrule) : 1/4-28, 10-32, 6-40, etc. |
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| Fileté vers Cannelé (barbed) |
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| Luer Slip |
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| Luer Lock |
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| Connexion directe |
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