L'émergence de la microfluidique a conduit à l'intégration de dispositifs micro et nanofluidiques dans de nombreuses applications telles que l'analyse biomédicale et chimique.
Les dispositifs micro et nanofluidiques dotés de très petits canaux (taille en µm) offrent des avantages intéressants en termes de réduction de la consommation d'échantillons et d'augmentation de la sensibilité grâce à l'utilisation de petits volumes (micro/nano litres), ce qui permet d'obtenir un rapport surface/volume assez important. Le développement des nanotechnologies et des systèmes micro/nano-électromécaniques (MEMS, NEMS) permet également de fabriquer et d'intégrer très facilement des composants microélectroniques.
In this review, we will look at different methods to integrate pumps and valves on a microfluidic chip through various examples from the literature.
Fabrication d'un système de micro-valve manuel en PDMS
Les valves utilisées en microfluidique reposent généralement sur les types de structures de contrôle suivants : mécanique opérationnelle, pneumatique, électrocinétique, changement de phase, ou introduction d'une force externe.
Il existe deux types de valves selon leur état : les valves actives et passives. Leur classification dépendra ensuite de leur association avec des pièces mobiles mécaniques ou non mécaniques.
Dans cet exemple, les chercheurs ont choisi de fabriquer leur propre valve. Le principe de fonctionnement de la valve est basé sur la structure mécanique (fabriquée à partir de matériaux Plexiglas®) et de matériaux flexibles (PDMS) comme décrit à la figure 1.
The valve consists of an active part comprising a microchannel and a thin film made of PDMS (figures 1(a) and 1(b)). The PDMS film has been manufactured with a thickness of 100 µm and bonded to the top of the channel by means of functionalisation in a plasma cleaner. The microchannel was manufactured with the following dimensions of 1 × 0.05 × 10mm in PDMS by a soft lithography technique.
La structure mécanique pour l'ouverture et la fermeture du flux a été combinée avec deux composants : une vis (diamètre ~3 mm, avec un pas de vis de 0,5 mm) est guidée à travers un trou fileté dans une plaque de Plexiglas, laquelle est à son tour fixée à une seconde plaque ; une pièce en PDMS (~2,5 mm) qui est plus petite que le trou de la vis et se déplace librement dans ce trou. La pièce en PDMS aide la tête de vis à ne pas fissurer le film de PDMS pendant le processus de travail.
Regarding the valve, there are two main structures comprising PDMS and Plexiglas® parts as shown in figure 1(d). The PDMS part contains the part with the channels (for channel valves) and an intermediate PDMS slab with several holes of the same diameter as the screws. Both mechanical structures have been manufactured from Plexiglas®, the first part of which has been designed with threaded holes, the second part is a lower support which, combined with the first part (like a clamp), allows all the elements of the structures of the valve system to be fixed.
Pour obtenir plus d'informations sur cette conception, nous vous invitons à lire l'article Le T N et al. 2020, Adv. Polym. Technol.
Il faut admettre que cette méthode est astucieuse, pratique et économique, mais elle ne peut pas être appliquée dans tous les cas, notamment en ce qui concerne la présence de la vis. En effet, certaines applications exigent une intégration et des performances très élevées. Nous verrons donc dans un autre exemple ce qu'il est possible de faire en prototypage.
Integrated heart/cancer on a chip to reproduce the side effects of anti-cancer drugs in vitro
For a long time, lab-on-a-chip has been used mainly for biochemical analysis and detection, but recently it has also been used for diagnosis.
Ainsi, les progrès vers un système de diagnostic portable deviennent possibles à mesure que les technologies évoluent. Outre les systèmes microfluidiques, des pompes, des électrodes, des vannes et des champs électriques sont nécessaires. Tout cela peut être réalisé grâce à la microélectronique intégrée.
In this example, the team developed a microfluidic device—an Integrated Heart/Cancer on a Chip (iHCC)—using human healthy heart cells (hCMs) and liver cancer cells (HepG2) to recapitulate the side effects of an anti-cancer drug, doxorubicin (DXR), to achieve individual cultures of cells from different tissues on a single device with three sets of artificial blood circulation loops, microfabrication technology for micro valves and a pump provides accurate fluid operation.
Pour la fabrication de l'iHCC, l'équipe a choisi d'utiliser du PDMS, en particulier pour sa biocompatibilité, sa bonne perméabilité aux gaz et sa bonne transparence à la lumière.
The so-called infusion layer contains two cell culture chambers (2.1 mm wide and 220 mm high) which are sufficient to provide the necessary growth factors, the anti-cancer drug, and to reduce shear stress.
Des micro-canaux ont été créés pour interconnecter les deux chambres de culture cellulaire (150 mm de large, 45 mm de haut) par des orifices d'entrée et de sortie.
The so-called control layer, which is also made up of a thin and flexible PDMS membrane (200 x 200 µm² and 20 µm thickness), contains valves allowing the independent culture of two types of cells without cross-contamination as well as micropumps for precise control of the medium flow rate.
Ainsi, ce dispositif comprenait trois ensembles de deux chambres de culture cellulaire avec une boucle de circulation fermée pour permettre trois traitements cellulaires différents mais simultanés au sein du même dispositif (Figure 2).
Pour obtenir plus d'informations sur cette conception, nous vous invitons à lire cet article Kamei K et al 2017 RSC Adv.
Darwin Microfluidics has a wide range of microvalves and micropumps to make this kind of microfluidic prototype. Our experts have selected for you the products best suited to your application in the following table.
| Type de produit | Taille | Liens du site web Darwin Microfluidics |
| 2/2 or 3/2 Way Whisper Valve Type 6724 from Bürkert | Largeur de 8,9 mm | https://darwin-microfluidics.com/collections/microfluidic-valves/products/2-2-or-3-2-way-whisper-valve-type-6724 |
| 2/2 Way Microfluidic Whisper Valve Type 6712 from Bürkert | 18.2 x 7.2 x 7 mm | https://darwin-microfluidics.com/collections/microfluidic-valves/products/microfluidic-minimum-volume-solenoid-valve-burkert-type-6712 |
| 2/2 Way Microfluidic Miniature Valve from Memetis | 20 x 5 x 7 mm | https://darwin-microfluidics.com/collections/microfluidic-valves/products/2-2-way-microfluidic-miniature-valve |
| Micropompes de la série BP7 de Bartels | 30 x 15 x 3.8 mm | https://darwin-microfluidics.com/products/bartels-bp7-micropump |
With this review, you have all the keys to get started in the manufacture of microfluidic prototypes. The experts at Darwin Microfluidics remains at your service to advise you!
