Plateforme microfluidique digitale pour échantillons gazeux

La microfluidique consiste en la manipulation de fluides dans des canaux de taille micrométrique ou submillimétrique. Une branche de la microfluidique s’est particulièrement développée ces dernières années, la microfluidique digitale, qui consiste en l’utilisation d’opérations simples, synchronisées et programmables pour réaliser des opérations plus complexes sur des objets microfluidiques. En microfluidique liquide, les objets manipulés sont en général des gouttes formées à l’aide de deux fluides non miscibles.Quatre grandes opérations élémentaires sont employées : déplacer les échantillons, les immobiliser, les mélanger et les séparer. Ces opérations élémentaires peuvent ensuite être combinées pour réaliser des opérations plus complexes, telles que l’analyse d’échantillons ou leur traitement. Des opérations plus originales sont aussi possibles, telles que la réalisation de portes logiques avec des cartes microfluidiques.Toutes les avancées de la microfluidique digitale ont été réalisées en employant des objets microfluidiques liquides dispersés dans une phase liquide. Précédemment, les travaux sur des gouttes ont été évoqués, mais des travaux avec des bulles ont aussi été publiés. A notre connaissance aucun travail n’a concerné la manipulation d’échantillons gazeux dans une phase gazeuse.L’objet de cette thèse est de développer une plateforme microfluidique digitale pour la manipulation des échantillons gazeux dispersés dans des phases continues gazeuses.Pour cela, des microcomposants en silicium ont été développés au laboratoire : les micropréconcentrateurs. Ces composants comportent une cavité remplie par un adsorbant capable de piéger à froid les composés chimiques et de les libérer à chaud. Une résistance chauffante gravée sur la face arrière du concentrateur permet de contrôler sa température.Ces micropréconcentrateurs peuvent être assemblées dans un circuit fluidique, en y ajoutant des pompes pour créer des flux de gaz, des vannes pour contrôler et diriger les flux, et des micro-détecteurs à conductivité thermique développés au laboratoire.A l’aide de ce montage, les quatre opérations élémentaires de la microfluidique digitale ont pu être démontrées. Une opération plus complexe a pu être réalisée : la mesure du volume de perçage de plusieurs alcanes linéaires sur le Tenax TA, l’adsorbant utilisé dans les concentrateurs. Les résultats ont été publiés dans Lab on Chip1.D’autres opérations plus complexes sont en cours d’étude : la séparation d’un échantillon, pour l’instant difficile à réaliser et à modéliser, la possibilité de réaliser des réactions chimiques en ligne en phase gaz (estérification) ou la préconcentration digitale. Cette dernière, plus avancée, repose sur l’utilisation de plusieurs préconcentrateurs pour la détection de composés volatils à l’état de traces dans un échantillon: dans une première étape le composé est capté et concentré sur un premier préconcentrateur avec un flux inférieur au volume de perçage, puis transféré ponctuellement, dans une deuxième étape, vers un deuxième préconcentrateur placé sur un autre chemin fluidique ; ce second préconcentrateur n’est donc pas balayé par le flux de prélèvement et le volume de gaz mis en œuvre dans cette seconde étape est très inférieur à celui qui est nécessaire à la première. En répétant les étapes de prélèvement et de transfert, il est alors possible d’augmenter fortement le facteur de préconcentration de ce montage sans risquer le perçage du composé. Ce fonctionnement a donc l’avantage de s’affranchir du volume de perçage : il suffit que le premier concentrateur arrive à piéger l’échantillon, même peu efficacement, pour pouvoir augmenter le facteur de concentration en répétant les opérations. Ceci permet la détection de composés très volatils qui ne le seraient pas en une seule étape de préconcentration.