EP1773497B1 - Dispositif de deplacement et de traitement de volumes de liquide - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for moving small volumes of liquid, using electrostatic forces to obtain this displacement.
- the invention particularly relates to a discrete microfluidic handling device, or microfluidic drop, for chemical or biological applications.
- the forces used for displacement are electrostatic forces.
- the document FR 2 841 063 describes a device implementing a catenary facing electrodes activated for displacement.
- a drop 2 rests on a network 4 of electrodes, from which it is isolated by a dielectric layer 6 and a hydrophobic layer 8 ( Figure 1A ).
- the effects of electrostatic charge induce the displacement of the drop on this electrode.
- the electrode 10 may be a catenary, it then maintains an electrical contact with the drop during its displacement as described in document FR - 2 841 063 ( Figure 2A ).
- the drop can thus be moved step by step ( figure 1C ), on the hydrophobic surface 8, by successive activation of the electrodes 4-1, 4-2, etc. and by guiding along the catenary 10.
- This type of displacement is increasingly used in devices for biochemical, chemical or biological analyzes, whether in the medical field, or in environmental monitoring, or in the field of quality control.
- the invention relates to a device for moving a small volume of liquid under the effect of an electrical control, comprising a first hydrophobic surface substrate provided with first electrically conductive means, second electrically conductive means arranged vis-à- screw of the first conductive means, or in correspondence of these first means, or vis-à-vis the portion of the hydrophobic surface which covers the first electrically conductive means, characterized in that it comprises third conductive means forming with the second conducting means of the analysis means or for inducing a reaction or means for heating a volume of liquid.
- One of the second and third electrically conductive means may be used in the phase of displacement of the drops of liquids of interest in order to bring the drop onto the desired zone of the first electrically conductive means, the second electrically conductive means being associated with the third means in a couple, for example a pair of electrodes in electrical contact with the drop or the liquid, so as to perform, for example, an electrochemical detection of a redox species present in the drop or drops (two-electrode detection) , or an electrophoretic system, or a heating system or other reactions.
- one of the second and third electrically conductive means has two functions.
- a displacement function is provided by energizing the drop for electrowetting.
- a second function is provided, which is a detection function, for example electrochemical.
- the second electrically conductive means will then be either a working electrode or a counter electrode.
- the second conductive means comprise a catenary or a wire, substantially parallel to the hydrophobic surface.
- the catenary or the wire may be buried in the first substrate, at a non-zero distance from the hydrophobic surface, for example between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m or 500 ⁇ m.
- the third conductive means may also comprise a catenary or a wire, which may be non-buried in the first substrate, at a non-zero distance from the hydrophobic surface, for example between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m or 500 ⁇ m.
- the two catenaries or wires may be parallel to each other and to the hydrophobic surface.
- the two catenaries or wires may not be parallel to each other, but remain parallel to the hydrophobic surface.
- One of the catenaries can be buried under the hydrophobic surface.
- the catenaries can be directed substantially parallel to each other.
- the third conductive means may comprise a plane conductor buried beneath the hydrophobic surface.
- the second conductive means may comprise a catenary or a wire buried beneath the hydrophobic surface.
- the third conductive means may then also include a catenary or a buried wire, the two buried catenaries being directed substantially parallel to each other.
- the third conductive means may comprise a planar electrode buried beneath the hydrophobic surface.
- the second conductive means may comprise a buried plane electrode.
- the third conductive means may then comprise a buried conductor, of flat or wired form.
- the third conductive means may comprise a catenary or a wire directed perpendicularly to the catenary or wire of the second electrically conductive means.
- a device as described above may further comprise a second substrate with a hydrophobic surface, this second substrate conferring on the assembly a confined structure.
- It may also further comprise a second substrate with a hydrophobic surface, this second substrate conferring on the assembly a confined structure, the third conductor being buried in the second substrate, under its hydrophobic surface.
- the third conductor can then be in the form of catenary or buried wire, or in the form of a buried plane conductor.
- the surface of the second substrate may be locally perforated to form a contact zone between a drop of liquid positioned between the two substrates and the third conductor.
- the second substrate may also be disposed at a distance from the first substrate of between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m or 500 ⁇ m.
- a device as described above may further comprise a second substrate with a hydrophobic surface, this second substrate conferring on the assembly a confined structure, the second and third conductors being buried in the second substrate, under its hydrophobic surface.
- the second and third conductors can then each be in the form of catenary or wire.
- the second electrically conductive means, or both electrodes can thus for example provide electrophoretic separation and / or a heating function.
- the tilting of a displacement configuration to a reaction or reading or heating configuration can be fast, allowing several drops to be processed one after the other, in a continuous flow assay protocol, for example, or for high flow rate analyzes.
- a first embodiment of the invention is illustrated on the Figures 2A and 2B .
- a device or microfluidic component according to the invention comprises a lower substrate 20 provided with a matrix 24 of independent electrodes.
- Each of these electrodes 24 is electrically connected to a conductor 26.
- the electrodes 24 are covered with an insulating layer 28 and a hydrophobic layer 29.
- hydrophobic nature of this layer means that a drop 22 has a contact angle on this layer of greater than 90 °.
- a single layer can combine these two functions, for example a teflon layer.
- This device comprises a first catenary 30, allowing electrowetting, and a second catenary 32 forming an electrode pair with the first catenary 30.
- the first catenary is located opposite the electrodes 24, or the portion of the hydrophobic surface 29 situated above the electrodes 24.
- Supply means 34 connect these various electrodes together.
- one or more of the electrodes 24 is / are under tension, as well as the catenary 30 this configuration is illustrated in FIG. Figure 2A ; as already explained above, the activation of one of the electrodes 24 will induce a displacement of the droplet 22.
- a voltage is applied to each of the catenaries 30 and 32, generating a non-zero potential difference between these two catenaries, which can induce an electrochemical reaction in the droplet 22, and / or a heating of this droplet , and / or an electroporation detection or reaction and / or a cell lysis-type reaction in this drop if there is the presence of a cell in the drop.
- a voltage can be applied to one or more of the electrodes 24, simultaneously with the voltage applied between the catenaries 30 and 32, which makes it possible to cause, at the same time as the above reaction, a displacement of the drop 22.
- One of the two catenaries is therefore bifunctional and can be used for a displacement on the hydrophobic surface 29 or for any reaction electrochemical or any other reaction for which there is a need for two electrodes (for example: electrophoresis, electroporation, cell lysis).
- the second conductor may be arranged in a different direction than the first conductor.
- the catenary 30 is kept parallel to the alignment of the electrodes 24, while the second catenary is directed substantially perpendicular to the first catenary, but parallel to the plane of the layer 29 and the substrate 20, or ( Figure 2C ) is directed substantially perpendicular to the plane of the layer 29 and the substrate 20.
- the displacement of the drop 22 of liquid takes place in the same manner as above, while a reaction or heating is induced by establishing a non-zero potential difference between the electrodes 30 and 32.
- One of the catenaries is still located above the substrate (here the catenary 30, but it could be the catenary 32).
- Another electrode 40 here a catenary, is buried in the substrate 20, for example under the hydrophobic layer 29. This buried electrode can be flat, instead of being a catenary.
- one or more of the electrodes 24 is / are under tension, as well as, for example, the catenary 30. It could also be the electrode 40 that is energized in place of the catenary 30; this configuration is illustrated in figure 3A ; as already explained above, the activation of one of the electrodes 24 will induce a displacement of the droplet 22.
- a voltage is applied between the catenaries 30 and 40, generating a potential difference between these two catenaries, which can induce an electrochemical reaction / detection in the drop 22, and / or a heating of this drop, and / or an electroporation reaction and / or a cell lysis type reaction of cells present in the drop.
- displacement and reaction or heating can be simultaneous, using adequate switching means or second voltage generating means.
- the Figure 4A represents a longitudinal view of the device, on which only one of the two buried catenaries is visible, hiding the second, while the Figure 4B represents a sectional view AA 'of the device, on which the two buried catenaries 50, 52 are visible, above an electrode 24-1 which hides the other electrodes of the network 24.
- the voltage generating means 34 and the switching means 33 are also shown.
- one or more of the electrodes 24 is / are under tension, as well as, for example, the catenary 52; this configuration is illustrated in Figures 4A and 4B ; as already explained above, the activation of one of the electrodes 24 will induce a displacement of the droplet 22.
- a voltage is applied to each of the catenaries 50 and 52 using the means 34 and 33 (situation not shown in the figures), generating a non-zero potential difference between these two catenaries, which can inducing a heating of this drop, and / or an electroporation reaction and / or a cell lysis type reaction of this drop.
- the invention also relates to other embodiments, particularly of the confined type, with an upper substrate.
- An upper substrate 120 comprises a hydrophobic layer 129, for example Teflon. Like the layer 29, it is in contact with the droplet 22.
- the two conductors 30, 32 are located in this example between the two substrates 20, 120 and are both in direct contact, mechanical and electrical, with the drop 22.
- the device is shown in the displacement position of the drop, a reaction or heating being induced by switching means 33 switching.
- displacement and reaction or heating can be induced simultaneously, by appropriate switching means or by means of a second voltage source.
- one of the two conductors making it possible to induce a reaction in the drop can be buried in the lower substrate 20.
- one of the catenaries is still located above the substrate (here the catenary 30, but this could be catenary 32).
- Another electrode 60 for example a catenary, is buried in the substrate 20, for example under the hydrophobic layer 29, leaving only the conductor 30 in mechanical and electrical contact with the drop.
- This embodiment allows a displacement of the drop using the conductors 24 and the conductor 30, and the induction of a reaction with the application of a difference in voltages between the conductors 60 and 30 (which is represented on the figure 6 ).
- the buried electrode 60 may have the shape of either a linear conductor or a catenary, or the shape of a plane conductor.
- the buried electrode 60 When it has the shape of a linear conductor, it can be oriented in a direction not necessarily parallel to the direction of the catenary 30, as illustrated in FIG. figure 6 on which the two catenaries are substantially perpendicular; and the advantage of this structure is that only one drop at a time is in electrical contact with the two electrodes. Or the two electrodes 30, 60 may be parallel to each other (for example as illustrated in FIGS. Figures 3A and 3B ), which makes it possible to achieve the desired reaction at any place above the electrodes 24. The same advantage is offered when the buried electrode 60 has the shape of a plane conductor.
- one or more of the electrodes 24 is / are under tension, as well as the catenary 30; as already explained above, the activation of one of the electrodes 24 will induce a displacement of the droplet 22.
- one of the two conductors for inducing a reaction in the drop can be buried in the upper substrate 120.
- Another electrode 70 for example a catenary, is buried in the substrate 120, for example under the hydrophobic layer 129, leaving only the conductor 30 in mechanical and electrical contact with the drop.
- This embodiment allows a displacement of the drop using the conductors 24 and the conductor 30, and the induction of a reaction with the application of a difference in voltages between the conductors 70 and 30.
- the buried electrode 70 may have the shape of either a linear conductor or a catenary, or the shape of a plane conductor.
- the buried electrode 70 When in the form of a linear conductor, it may be oriented in a direction not necessarily parallel to the direction of the catenary 30 (as shown in FIG. figure 7 , on which the two catenaries are substantially perpendicular), or the two conductors may be parallel to each other (for example, as illustrated in FIGS. Figures 3A and 3B ), which makes it possible to achieve the desired reaction at any place above the electrodes 24.
- the same advantage is offered when the buried electrode 70 has the shape of a plane conductor.
- one or more of the electrodes 24 is / are under tension, as well as the catenary 30; this configuration is illustrated in figure 7 ; as already explained above, the activation of one of the electrodes 24 will induce a displacement of the droplet 22.
- a voltage is applied to each of the electrodes 30 and 70, generating a non-zero potential difference between them, which can induce an electrochemical reaction in the drop 22, and / or a heating of this drop, and or an electroporation reaction and / or a cell lysis-type reaction in this drop.
- each of the two conductors for inducing a reaction in the drop is buried in one of the substrates.
- the other electrode 130 for example a catenary, is buried in the substrate 120, for example over the hydrophobic layer 129.
- This embodiment allows a displacement of the drop using the conductors 24 and the conductor 50 and the induction of a reaction with the application of a difference in voltages between the conductors 130 and 50.
- Each of the buried electrodes 50, 130 may have the shape of either a linear conductor or a catenary, or the shape of a plane conductor.
- both have the shape of a linear conductor
- they can be oriented in directions that are not necessarily parallel to each other (as illustrated in FIG. figure 7 , on which the two catenaries are substantially perpendicular), or the two conductors may be parallel to each other (for example as illustrated in FIG. figure 8A ) which makes it possible to carry out the desired reaction or detection at any place above the electrodes 24.
- the same advantage is offered when one of the two buried electrodes has the shape of a plane conductor (in particular that of the substrate 120) while the other has the shape of a linear conductor aligned above the electrodes 24, or when the two electrodes each have the shape of a plane conductor.
- one or more of the electrodes 24 is / are under tension, as well as the electrode 50; this configuration is illustrated in figure 8A ; as already explained above, the activation of one of the electrodes 24 will induce a displacement of the droplet 22.
- a voltage is applied to each of the electrodes 130 and 50, generating a non-zero potential difference between them, which can induce heating in the droplet 22, and / or an electroporation and / or a cell lysis-type reaction in this drop if there are cells in the drop.
- one of the buried conductors for example the conductor 130 of the upper substrate 120, is locally in physical contact with the drop 22 due to an opening 127 made in the hydrophobic layer 129, for example by lithography and etching of this layer 129.
- the two electrodes are both located either in the lower substrate or in the upper substrate. None of the electrodes are located in mechanical contact with the drop.
- Two catenaries 130 and 132 are buried in the substrate 120, for example under the hydrophobic layer 129.
- the Figure 9A represents a longitudinal view of the device, on which only one of the two buried catenaries is visible, hiding the second.
- the Figure 9B represents a sectional view BB 'of the device, on which the two buried catenaries 130, 132 are visible, above an electrode 24-1 which hides the other electrodes of the network 24.
- one or more of the electrodes 24 is / are under tension, as well as, for example, the catenary 130; as already explained above, the activation of one of the electrodes 24 will induce a displacement of the droplet 22.
- the invention can be implemented with a row of electrodes 24, thus a linear arrangement of these electrodes.
- Electrodes may however, in the context of the invention, be arranged according to any scheme, and in particular in 2 dimensions.
- the substrate 20 supports an array of electrodes 24, distributed in rows and columns, covered with an insulating layer 28 and a hydrophobic layer 29.
- micro-catenaries can be positioned at a given distance from the surface of the substrate by means of spacers 70.
- the spacer technique can also be used in conjunction with the other embodiments to maintain a catenary at a predetermined distance from the hydrophobic layer 29.
- FIG. 10B Another aspect of the invention is shown in the figure 10B .
- the substrate 20 supports an array of electrodes 24, distributed in rows and columns, covered with a thin insulating layer 28 and a hydrophobic layer 29.
- a first series of micro-catenaries 30, 32 is paralleled along the lines of electrodes.
- micro-catenaries are positioned at a given distance from the surface of the substrate by means of spacers 70.
- a second series of micro-catenaries 130, 132 is paralleled but placed perpendicularly to the series of micro-catenaries 30, 32, that is to say in the direction of the columns of electrodes 24.
- micro-catenaries are positioned at a given distance from the surface of the substrate by means of spacers 72.
- the spacers 70 and 72 may be of different heights. Thus, it is possible to move drops in two perpendicular directions.
- these 2D embodiments function in the same manner as described above in connection with the Figures 2A-9B : Activation of two neighboring electrodes 30,32 or 130,132 induces a potential difference between these two electrodes and a heating reaction or in the liquid of the drop.
- Electrodes of these 2D embodiments are connected to switching means, not shown on the Figures 10A and 10B but in a manner analogous to that described above in connection with the preceding figures.
- the economy is made of a wired wiring step; in addition (the wetted surface is only located on the hydrophobic surfaces 29 and 129) are then best used the wetting properties of the corresponding layer 29, 129.
- the distance between the conductors 30, 32 ( Figures 2A - 3B , 5 - 7 ) on the one hand and the hydrophobic surface 29 is for example between 1 micron and 100 microns or 500 microns.
- the catenaries 30, 32 are for example in the form of son diameter between 10 microns and a few hundred microns, for example 200 microns. These wires may be gold or aluminum wires or tungsten or other conductive materials.
- the buried electrode is obtained by depositing and then etching a thin layer of a metal selected from Au, Al, Ito, Pt, Cu, Cr, etc. using conventional microtechnology technologies.
- the thickness is from a few tens of nm to a few microns.
- the width of the pattern is from a few ⁇ m to a few nm (flat electrodes).
- two substrates 20, 120 are used ( Figures 5 - 9B ), they are separated by a distance of, for example, 10 ⁇ m and 100 ⁇ m or 500 ⁇ m.
- a drop of liquid 22 will have a volume of between, for example, 1 nanolitre and a few microliters, for example between 1 nl and 5 ⁇ l or 10 ⁇ l.
- each of the electrodes 24 will for example have a surface of the order of a few tens of ⁇ m 2 (for example 10 ⁇ m 2 ) up to 1 mm 2 , depending on the size of the drops to be transported, the spacing between adjacent electrodes being for example between 1 .mu.m and 10 .mu.m.
- the structuring of the electrodes 24 can be obtained by conventional microtechnology methods, for example by photolithography.
- the electrodes 24 are made by depositing a metal layer (Au, Al, ITO, Pt, Cr, Cu, ...) by photolithography.
- the substrate is then covered with a dielectric layer of Si 3 N 4 , SiO 2 , ... Finally, a deposit of a hydrophobic layer is performed, such as a teflon deposit made by spinning.
- Methods for producing chips incorporating a device according to the invention may be directly derived from the methods described in the document FR - 2 841 063 : Instead of making a catenary row of electrodes, it is two, or is made a buried plane conductor and a catenary.
- Conductors and in particular buried catenaries, may be made by depositing a conductive layer and etching this layer in the appropriate pattern of conductors, before deposition of the hydrophobic layer.
- electrochemical detection of a redox species will be given. This detection is carried out using a device according to the invention, for example the device of the Figures 2A - 2B .
- a drop of 1 ⁇ l of a solution of ferri / potassium ferrocyanide (10 -2 M) is deposited on the hydrophobic surface 29.
- the catenary 30 used for displacement plays the role of working electrode while the second electrode 32 acts as counter-electrode and reference electrode.
- An electrochemical measurement is then carried out in potential cyclic voltammetry between -400mV and + 300mV relative to the reference electrode;
- electrochemistry makes it possible to describe the chemical phenomena coupled with reciprocal exchanges of electrical energy.
- the electrochemical reaction that occurs at the surface of an electrode is the result of the transfer of electric charge across the interface between it and an electroactive species (in one direction or the other).
- two electrodes (working electrode and counter-electrode) are immersed in an electrolytic solution containing an electroactive species.
- a third electrode (reference electrode) is used to reference the potential of the working electrode.
- Electrophoresis is a known method for separating charged species. Indeed charged molecules in an electric field will begin to migrate to the opposite charge electrode. The migration rate will depend on the charge / mass ratio of the molecule, which effectively separates molecular species of different charges / mass.
- the electrodes of a device according to the invention can be used to induce such an electrophoresis reaction in a drop of liquid.
- the invention makes it possible to implement detections or electrochemical reactions, when at least one of the two electrodes is in physical contact with the drop.
- the invention can also be applied to electroporation methods, which make it possible to open or modify the membrane of a cell (which is then the droplet 22) and thus to bring into the cell other chemicals , transported by means of the electrodes as described above, or brought manually, for example by means of a pipette.
- a first example of electrochemical detection of a redox species has been given in connection with the figure 11 .
- a second example concerns the electrochemical detection of a species generated by an enzyme.
- a first reaction mixture is prepared as follows: 50 mM phosphate-citrate buffer, pH 6.5 (10 ml), o-phenylene diamine (OPD, 20 mg) and hydrogen peroxide (4 ⁇ l).
- a second mixture is prepared as follows: MilliQ water (9 ⁇ l) and "horse radish" peroxidase (1 ⁇ l at 20 ⁇ M).
- a drop of 0.5 .mu.l of the first mixture is converged on the chip to a drop of 0.5 .mu.l of the second mixture by applying a voltage of 50V.
- the product of the enzymatic reaction is detected by differential pulsed voltammetry using as the pair of electrodes the catenaries 30 and 32, the catenary 30 serving as electrode of and the catenary 32 serving both against electrode and reference electrode.
- a redox peak is obtained at -480mV corresponding to the reduction of the enzymatic product generated (see figure 12 ).
- a second example concerns the displacement of a drop followed by a localized variation of electro-controlled pH.
- a drop of a reaction medium is moved and then the pH is varied to stop or start a reaction.
- this pH is electrochemically varied using the invention.
- a drop of buffered solution (PBS pH 7.4) containing a colored indicator, cresol red 1 mM, is deposited on the chip and then moved on it by applying a voltage of 50V.
- a potential of -1.4V for 10 s is then applied between the two catenaries, 30 and 32, thus causing the hydrolysis of water and the generation of OH - ions.
- These OH ions - make the solution basic, hence the appearance of a red indicator color with a pH greater than 8.8.
- the buffer compensates for the pH and the red color disappears.
- the second catenary 32 allows a heating of a drop of liquid or small volume of liquid 22 by Joule contact or effect. Heating by heat transfer is preferred because the current flow in the drop may be too dependent on its content, for example its salt concentration. Heating by transfer means heating by contact, the electrodes heat because of their internal resistance, transferring heat to the liquid of the drop.
- the current flow between the catenaries 30, 32 can advantageously make it possible to determine an order of magnitude of the drop size, making it possible to further control the evaporation.
- a small current flows between the two catenaries. The detection of this current informs the presence of a drop 22 of sufficient size to come into contact, in the example shown, with the second catenary 32. This detection makes it possible to determine an approximate size of the drop.
- the second catenary is disposed substantially parallel to the substrate at a distance d.
- the drop has a height h.
- h is at least equal to d
- a current flows between the catenaries 30 and 32, which makes it possible to deduce that the height h is at least greater than d.
- h is less than d.
- the drop 22 has a height h greater than d and puts the two catenaries 30, 32 in electrical contact.
- This two-catenary system has the advantage of allowing both to heat to accelerate evaporation and to allow a calibration of the drops. Indeed, it is possible to connect the detection of the current to the displacement electrodes 4. Thus, one can move the drop on an evaporation path in one direction and the other until no current is no longer detected between the two catenaries. We will then know that the size of the drop is less than a given value. Displacement favors evaporation, thus speeding up the process. It is also possible to leave the drop in place, and let the liquid evaporate until there is no more contact between the drop 22 and the catenary 32.
- third, fourth ... catenaries arranged at increasingly smaller distances from the substrate.
- This plurality of catenaries may allow use of the microfluidic device for drops of different sizes; a control of the size of the drop over an evaporation path by detecting a continuous decrease in the volume of the drop, or a very fine determination of the drop size.
- catenaries can also be arranged in parallel, at the same height as the travel catenary but on the side and at different distances.
- catenary secondaries arranged transversely to the first catenary (as on the figure 10B for example) discretely and at increasingly smaller distances from the substrate.
- the size control is then carried out in an ad hoc manner, when the drop meets a second catenary.
- the detection of a current can then generate a command to prolong the evaporation of the drop to reduce the volume of the drop.
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Description
- L'invention concerne un dispositif et un procédé de déplacement de petits volumes de liquide, mettant en oeuvre des forces électrostatiques pour obtenir ce déplacement.
- L'invention concerne notamment un dispositif de manipulation microfluidique discrète, ou microfluidique en goutte, en vue d'applications chimiques ou biologiques.
- Un des modes de déplacements ou de manipulation les plus utilisés repose sur le principe de l'électromouillage sur un diélectrique, comme décrit dans l'article de M.G. Pollack, A.D. Shendorov, R.B. Fair, intitulé « Electro-wetting-based actuation of droplets for integrated microfluidics », Lab Chip 2 (1) (2002) 96-101.
- Les forces utilisées pour le déplacement sont des forces électrostatiques.
- Le document
FR 2 841 063 - Le principe de ce type de déplacement est synthétisé sur les
figures 1A - 1C . - Une goutte 2 repose sur un réseau 4 d'électrodes, dont elle est isolée par une couche diélectrique 6 et une couche hydrophobe 8 (
figure 1A ). - Lorsque l'électrode 4-1 située à proximité de la goutte 2 est activée, la couche diélectrique 6 et la couche hydrophobe 8, entre cette électrode activée et la goutte polarisée par une électrode 10, agissent comme une capacité. Les effets de charge électrostatique induisent le déplacement de la goutte sur cette électrode. L'électrode 10 peut être un caténaire, il maintient alors un contact électrique avec la goutte pendant son déplacement comme décrit dans le document
FR - 2 841 063 figure 2A ). - La goutte peut ainsi être déplacée de proche en proche (
figure 1C ), sur la surface hydrophobe 8, par activation successive des électrodes 4-1, 4-2, ... etc. et par guidage le long du caténaire 10. - Il est donc possible de déplacer des liquides, mais aussi de les mélanger (en faisant s'approcher des gouttes de liquides différents), et de réaliser des protocoles complexes.
- Les documents cités ci-dessus donnent des exemples de mises en oeuvre de séries d'électrodes adjacentes pour la manipulation d'une goutte dans un plan.
- Ce type de déplacements est de plus en plus utilisé dans des dispositifs, en vue d'analyses biochimiques, chimique ou biologiques, que ce soit dans le domaine médical, ou dans la surveillance environnementale, ou dans le domaine du contrôle de qualité.
- Dans certains cas, il se pose le problème d'effectuer un déplacement et une détection d'une caractéristique d'un volume de liquide déplacé ou à déplacer.
- Il se pose alors souvent le problème du nombre de contacts sur la puce sur laquelle le déplacement a lieu, ainsi que le problème de la manière d'amener la goutte à analyser vers une zone de détection.
- C'est notamment le cas, mais pas seulement, lorsque déplacement de goutte et détection, par exemple d'un produit solubilisé dans cette goutte, sont parfaitement dissociés.
- Il se pose donc le problème de trouver un nouveau dispositif permettant plus aisément de déplacer et d'analyser ou de traiter des gouttes ou des micro-gouttes de petits volumes de liquide.
- L'invention concerne un dispositif de déplacement d'un petit volume de liquide sous l'effet d'une commande électrique, comportant un premier substrat à surface hydrophobe muni de premiers moyens électriquement conducteurs, des deuxièmes moyens électriquement conducteurs disposés en vis-à-vis des premiers moyens conducteurs, ou en correspondance de ces premiers moyens, ou en vis-à-vis de la portion de la surface hydrophobe qui recouvre les premiers moyens électriquement conducteurs, caractérisé en ce qu'il comporte des troisièmes moyens conducteurs, formant avec les deuxièmes moyens conducteurs des moyens d'analyse ou pour induire une réaction ou des moyens de chauffage d'un volume de liquide.
- L'un des deuxième et troisième moyens électriquement conducteurs peut être utilisé dans la phase de déplacement des gouttes de liquides d'intérêt afin d'amener la goutte sur la zone souhaitée des premiers moyens électriquement conducteurs, les deuxièmes moyens électriquement conducteurs étant associés aux troisièmes moyens en un couple, par exemple un couple d'électrodes en contact électrique avec la goutte ou le liquide, de manière à réaliser, par exemple, une détection électrochimique d'une espèce rédox présente dans la ou les gouttes (détection à deux électrodes), ou un système électrophorétique, ou un système de chauffage ou d'autres réactions.
- Ainsi, l'un des deuxièmes et troisièmes moyens électriquement conducteurs joue deux fonctions.
- D'abord, seul et en combinaison avec les électrodes sous-jacentes, une fonction de déplacement est assurée par la mise sous tension de la goutte pour l'électromouillage.
- Puis, couplés aux autres moyens parmi les deuxièmes et troisièmes moyens électriquement conducteurs, une deuxième fonction est assurée, qui est une fonction de détection, par exemple électrochimique.
- Les deuxièmes moyens électriquement conducteurs seront alors soit une électrode de travail, soit une contre-électrode.
- Ces deuxièmes moyens feront office à la fois d'électrode de référence et de contre-électrode, le rôle de la seconde électrode étant fonction de celui de la première.
- Selon un mode de réalisation, les deuxièmes moyens conducteurs comportent un caténaire ou un fil, sensiblement parallèle à la surface hydrophobe.
- Le caténaire ou le fil peut être non enterré dans le premier substrat, à une distance non nulle de la surface hydrophobe, par exemple comprise entre 1 µm et 100 µm ou 500 µm
- Les troisièmes moyens conducteurs peuvent comporter également un caténaire ou un fil, qui peut être non enterré dans le premier substrat, à une distance non nulle de la surface hydrophobe, par exemple comprise entre 1 µm et 100 µm ou 500 µm.
- Les deux caténaires ou fils peuvent être parallèles entre eux et à la surface hydrophobe.
- Les deux caténaires ou fils peuvent ne pas être parallèles entre eux, mais rester parallèles à la surface hydrophobe.
- L'un des caténaires peut être enterré sous la surface hydrophobe.
- Les caténaires peuvent être dirigés de manière sensiblement parallèle entre eux.
- Les troisièmes moyens conducteurs peuvent comporter un conducteur plan enterré sous la surface hydrophobe.
- Les deuxièmes moyens conducteurs peuvent comporter un caténaire ou un fil enterré sous la surface hydrophobe.
- Les troisièmes moyens conducteurs peuvent alors comporter également un caténaire ou un fil enterré, les deux caténaires enterrés étant dirigés de manière sensiblement parallèle entre eux.
- Les troisièmes moyens conducteurs peuvent comporter une électrode plane enterrée sous la surface hydrophobe.
- Les deuxièmes moyens conducteurs peuvent comporter une électrode plane enterrée.
- Les troisièmes moyens conducteurs peuvent alors comporter un conducteur enterré, de forme plane ou filaire.
- Les troisièmes moyens conducteurs peuvent comporter un caténaire ou un fil dirigée perpendiculairement au caténaire ou fil des deuxièmes moyens électriquement conducteurs.
- Un dispositif tel que décrit ci-dessus peut comporter en outre un deuxième substrat à surface hydrophobe, ce deuxième substrat conférant à l'ensemble une structure confinée.
- Il peut aussi comporter en outre un deuxième substrat à surface hydrophobe, ce deuxième substrat conférant à l'ensemble une structure confinée, le troisième conducteur étant enterré dans le deuxième substrat, sous sa surface hydrophobe.
- Le troisième conducteur peut alors être sous forme de caténaire ou de fil enterré, ou bien sous forme d'un conducteur plan enterré.
- Dans un tel dispositif, la surface du deuxième substrat peut être localement ajourée pour former une zone de contact entre une goutte de liquide positionnée entre les deux substrats et le troisième conducteur.
- Le deuxième substrat peut aussi être disposé à une distance du premier substrat comprise entre 10 µm et 100 µm ou 500 µm.
- Un dispositif tel que décrit ci-dessus peut comporter en outre un deuxième substrat à surface hydrophobe, ce deuxième substrat conférant à l'ensemble une structure confinée, le deuxième et le troisième conducteurs étant enterrés dans le deuxième substrat, sous sa surface hydrophobe.
- Les deuxième et troisième conducteurs peuvent alors être chacun sous forme de caténaire ou de fil.
- L'invention concerne également un procédé de traitement d'une goutte de liquide, par exemple par réaction ou détection électrochimique ou par électrophorèse ou par effet Joule, ou de traitement d'une cellule par lyse cellulaire ou par électroporation, comportant :
- la mise en contact d'une goutte de liquide avec les électrodes d'un dispositif tel que décrit ci- dessus,
- l'application d'une différence de potentiel entre les deuxième et troisième moyens conducteurs.
- Les deuxièmes moyens électriquement conducteurs, ou les deux électrodes, peuvent donc par exemple assurer une séparation électrophorétique et/ou une fonction de chauffage.
- Dans un dispositif selon l'invention, le basculement d'une configuration de déplacement à une configuration de réaction ou de lecture ou chauffage peut être rapide, permettant de traiter plusieurs gouttes les unes après les autres, dans un protocole de dosage en flux continu, par exemple, ou pour des analyses à haut débits.
-
- Les
figures 1A - 1C illustrent le principe du déplacement d'une goutte sur une matrice d'électrodes par électromouillage, - les
figures 2A à 2C illustrent un mode de réalisation de l'invention, - les
figures 3A - 9B illustrent d'autres variantes et d'autres modes de réalisation de l'invention, - les
figures 10A et 10B illustrent des variantes en deux dimensions de l'invention, - la
figure 11 illustre la détection entre deux caténaires du couple FeII/III. - la
figure 12 illustre la détection électrochimique d'une espèce générée par une enzyme. - les
figures 13a et 13b sont des représentations schématiques d'un exemple de mise en oeuvre d'un dispositif selon la présente invention permettant le calibrage d'une goutte de liquide lors de différentes étapes de calibration; - Un premier exemple de réalisation de l'invention est illustré sur les
figures 2A et2B . - Un dispositif, ou composant microfluidique, selon l'invention comporte un substrat inférieur 20, muni d'une matrice 24 d'électrodes indépendantes.
- Chacune de ces électrodes 24 est connectée électriquement à un conducteur 26.
- Les électrodes 24 sont recouvertes d'une couche isolante 28 et d'une couche hydrophobe 29.
- Le caractère hydrophobe de cette couche signifie qu'une goutte 22 a un angle de contact, sur cette couche, supérieur à 90°.
- Une couche unique peut combiner ces deux fonctions, par exemple une couche en téflon.
- Ce dispositif comporte un premier caténaire 30, permettant l'électromouillage, et un deuxième caténaire 32 formant un couple d'électrode avec le premier caténaire 30.
- Le premier caténaire se situe en vis-à-vis des électrodes 24, ou de la portion de la surface hydrophobe 29 située au-dessus des électrodes 24.
- Des moyens d'alimentation 34 relient ces diverses électrodes entre elles.
- Sur les
figures 2A - 2B , ces moyens d'alimentation peuvent être commutés de deux façons, à l'aide de moyens de commutation 33. - Tout d'abord, pour un déplacement d'une goutte 22, une ou plusieurs des électrodes 24 est/sont sous tension, ainsi que le caténaire 30 cette configuration est illustrée en
figure 2A ; comme déjà expliqué ci-dessus, l'activation d'une des électrodes 24 va induire un déplacement de la goutte 22. - Puis, pour des mesures, une tension est appliquée à chacun des caténaires 30 et 32, générant une différence de potentiel non nulle entre ces deux caténaires, ce qui peut induire une réaction électrochimique dans la goutte 22, et/ou un chauffage de cette goutte, et/ou une détection ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire dans cette goutte s'il y a la présence d'une cellule dans la goutte.
- Cette configuration est illustrée en
figure 2B . - Eventuellement, avec des moyens de commutation, ou à l'aide de deuxièmes moyens générateurs de tension, non représentés sur les
figures 2A - 2B , une tension peut être appliquée à une ou plusieurs des électrodes 24, simultanément à la tension appliquée entre les caténaires 30 et 32, ce qui permet d'occasionner, en même temps que la réaction ci-dessus, un déplacement de la goutte 22. - L'utilisation de deux électrodes 30, 32 en forme de caténaires, parallèles entre eux et à l'alignement des électrodes 24, permet de réaliser la réaction souhaitée dans la goutte à tout endroit voulu de cet alignement. Il est possible d'amener la goutte au-dessus de l'une quelconque des électrodes 24 et d'y produire la réaction souhaitée par activation d'une différence de potentielle non nulle entre les deux caténaires 30 et 32.
- L'un des deux caténaires est donc bifonctionnel et peut être utilisé pour un déplacement sur la surface hydrophobe 29 ou pour toute réaction électrochimique ou toute autre réaction pour laquelle il y a le besoin de deux électrodes (par exemple : électrophorèse, électroporation, lyse cellulaire).
- Selon une variante, représentée sur la
figure 2C , le deuxième conducteur peut être disposé selon une direction différente du premier conducteur. Par exemple, le caténaire 30 est maintenu parallèle à l'alignement des électrodes 24, tandis que le deuxième caténaire est dirigé sensiblement perpendiculairement au premier caténaire, mais parallèlement au plan de la couche 29 et du substrat 20, ou bien (figure 2C ) est dirigé sensiblement perpendiculairement au plan de la couche 29 et du substrat 20. - Le déplacement de la goutte 22 de liquide a lieu de la même manière que ci-dessus, tandis qu'une réaction ou un chauffage est induit par établissement d'une différence de potentiel non nulle entre les électrodes 30 et 32.
- Une variante du dispositif décrit ci-dessus est représentée en
figures 3A et3B , sur lesquelles des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires. - Un des caténaires est encore situé au-dessus du substrat (ici le caténaire 30, mais ce pourrait être le caténaire 32). Une autre électrode 40, ici un caténaire, est enterrée dans le substrat 20, par exemple sous la couche hydrophobe 29. Cette électrode enterrée peut être plane, au lieu d'être un caténaire.
- Pour un déplacement d'une goutte 22, une ou plusieurs des électrodes 24 est/sont sous tension, ainsi que, par exemple, le caténaire 30. Ce pourrait être aussi l'électrode 40 qui soit sous tension à la place du caténaire 30 ; cette configuration est illustrée en
figure 3A ; comme déjà expliqué ci-dessus, l'activation d'une des électrodes 24 va induire un déplacement de la goutte 22. - Puis, pour des mesures, une tension est appliquée entre les caténaires 30 et 40, générant une différence de potentiel entre ces deux caténaires, ce qui peut induire une réaction/détection électrochimique dans la goutte 22, et/ou un chauffage de cette goutte, et/ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire de cellules présentes dans la goutte.
- Cette configuration est illustrée en
figure 3B . - Là encore, déplacement et réaction ou chauffage peuvent être simultanés, à l'aide de moyens de commutation adéquats ou de deuxièmes moyens générateurs de tension.
- Encore une autre variante de ce dispositif est représentée en
figures 4A et 4B , sur lesquelles des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires. - Aucun des caténaires n'est plus situé au-dessus du substrat. Par contre, deux caténaires 50 et 52 sont enterrés dans le substrat 20, par exemple sous la couche hydrophobe 29.
- La
figure 4A représente une vue longitudinale du dispositif, sur laquelle un seul des deux caténaires enterrés est visible, cachant le deuxième, tandis que lafigure 4B représente une vue en coupe AA' du dispositif, sur laquelle les deux caténaires enterrés 50, 52 sont visibles, au-dessus d'une électrode 24-1 qui cache les autres électrodes du réseau 24. Sur cettefigure 4B sont également représentés les moyens 34 générateurs de tension ainsi que les moyens 33 de commutation. - Pour un déplacement d'une goutte 22, une ou plusieurs des électrodes 24 est/sont sous tension, ainsi que, par exemple, le caténaire 52 ; cette configuration est illustrée en
figures 4A et 4B ; comme déjà expliqué ci-dessus, l'activation d'une des électrodes 24 va induire un déplacement de la goutte 22. - Puis, pour des mesures, une tension est appliquée à chacun des caténaires 50 et 52 à l'aide des moyens 34 et 33 (situation non représentée sur las figures), générant une différence de potentiel non nulle entre ces deux caténaires, ce qui peut induire un chauffage de cette goutte, et/ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire de cette goutte.
- L'invention concerne également d'autres modes de réalisation, notamment du type confiné, avec un substrat supérieur.
- Ainsi, selon un autre mode de réalisation, il est possible de réaliser un dispositif en système dit fermé, avec un substrat supérieur qui confine la goutte.
- Un tel mode de réalisation est illustré en
figure 5 , sur laquelle des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2B y désignent des éléments identiques ou similaires. - Un substrat supérieur 120 comporte une couche hydrophobe 129, par exemple en téflon. Comme la couche 29, elle est en contact avec la goutte 22.
- Les deux conducteurs 30, 32, sont situés dans cet exemple entre les deux substrats 20, 120 et sont tous deux en contact direct, mécanique et électrique, avec la goutte 22.
- Le fonctionnement de ce type de dispositif est le même que celui exposé ci-dessus en liaison avec les
figures 2A et2B , la seule différence résidant dans le confinement de la goutte. - Sur la
figure 5 , le dispositif est représenté en position de déplacement de la goutte, une réaction ou un chauffage étant induit par commutation des moyens 33 de commutation. Là encore, déplacement et réaction ou chauffage peuvent être induits simultanément, par des moyens de commutation appropriés ou à l'aide d'une deuxième source de tension. - Selon une variante de ce mode de réalisation, l'un des deux conducteurs permettant d'induire une réaction dans la goutte peut être enterré dans le substrat inférieur 20.
- Par exemple, sur la
figure 6 , sur laquelle des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires, un des caténaires est encore situé au-dessus du substrat (ici le caténaire 30, mais ce pourrait être le caténaire 32). Une autre électrode 60, par exemple un caténaire, est enterrée dans le substrat 20, par exemple sous la couche hydrophobe 29, laissant seul le conducteur 30 au contact mécanique et électrique de la goutte. - Ce mode de réalisation permet un déplacement de la goutte à l'aide des conducteurs 24 et du conducteur 30, et l'induction d'une réaction avec l'application d'une différence de tensions entre les conducteurs 60 et 30 (ce qui est représenté sur la
figure 6 ). - L'électrode enterrée 60 peut avoir la forme soit d'un conducteur linéaire ou d'un caténaire, soit la forme d'un conducteur plan.
- Lorsqu'elle a la forme d'un conducteur linéaire, elle peut être orientée selon une direction non nécessairement parallèle à la direction du caténaire 30, comme illustré sur la
figure 6 , sur laquelle les deux caténaires sont sensiblement perpendiculaires ; et l'avantage de cette structure est alors qu'une seule goutte à la fois est en contact électrique avec les deux électrodes. Ou bien les deux électrodes 30, 60 peuvent être parallèles entre elles (par exemple comme illustré sur lesfigures 3A et3B ) , ce qui permet de réaliser la réaction souhaitée à tout endroit au-dessus des électrodes 24. Le même avantage est offert lorsque l'électrode enterrée 60 a la forme d'un conducteur plan. - Pour un déplacement d'une goutte 22, une ou plusieurs des électrodes 24 est/sont sous tension, ainsi que le caténaire 30 ; comme déjà expliqué ci-dessus, l'activation d'une des électrodes 24 va induire un déplacement de la goutte 22.
- Puis, pour des mesures, une tension est appliquée à chacun des caténaires 30 et 60, générant une différence de potentiel entre ces deux caténaires, ce qui peut induire une réaction électrochimique dans la goutte 22, et/ou un chauffage de cette goutte, et/ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire de cette goutte. Cette configuration est illustrée en
figure 6 - Selon encore une autre variante de ce mode de réalisation, l'un des deux conducteurs permettant d'induire une réaction dans la goutte peut être enterré dans le substrat supérieur 120.
- Par exemple, sur la
figure 7 , sur laquelle des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires, un des caténaires est encore situé au - dessus du substrat (ici le caténaire 30, mais ce pourrait être le caténaire 32). - Une autre électrode 70, par exemple un caténaire, est enterrée dans le substrat 120, par exemple sous la couche hydrophobe 129, laissant seul le conducteur 30 au contact mécanique et électrique de la goutte.
- Ce mode de réalisation permet un déplacement de la goutte à l'aide des conducteurs 24 et du conducteur 30, et l'induction d'une réaction avec l'application d'une différence de tensions entre les conducteurs 70 et 30.
- L'électrode enterrée 70 peut avoir la forme soit d'un conducteur linéaire ou d'un caténaire, soit la forme d'un conducteur plan.
- Lorsqu'elle a la forme d'un conducteur linéaire, elle peut être orientée selon une direction non nécessairement parallèle à la direction du caténaire 30 (comme illustré sur la
figure 7 , sur laquelle les deux caténaires sont sensiblement perpendiculaires), ou bien les deux conducteurs peuvent être parallèles entre eux (par exemple comme illustré sur lesfigures 3A et3B ), ce qui permet de réaliser la réaction souhaitée à tout endroit au-dessus des électrodes 24. Le même avantage est offert lorsque l'électrode enterrée 70 a la forme d'un conducteur plan. - Pour un déplacement d'une goutte 22, une ou plusieurs des électrodes 24 est/sont sous tension, ainsi que le caténaire 30 ; cette configuration est illustrée en
figure 7 ; comme déjà expliqué ci-dessus, l'activation d'une des électrodes 24 va induire un déplacement de la goutte 22. - Puis, pour des mesures, une tension est appliquée à chacune des électrodes 30 et 70, générant une différence de potentiel non nulle entre elles, ce qui peut induire une réaction électrochimique dans la goutte 22, et/ou un chauffage de cette goutte, et/ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire dans cette goutte.
- Selon encore une autre variante, chacun des deux conducteurs permettant d'induire une réaction dans la goutte est enterré dans l'un des substrats.
- Ainsi, sur la
figure 8A , sur laquelle des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires, un des caténaires est enterré dans le substrat 20, par exemple sous la couche hydrophobe 29. - L'autre électrode 130, par exemple un caténaire, est enterrée dans le substrat 120, par exemple par-dessus la couche hydrophobe 129.
- Aucun des conducteurs n'est en contact mécanique avec la goutte.
- Ce mode de réalisation permet un déplacement de la goutte à l'aide des conducteurs 24 et du conducteur 50 et l'induction d'une réaction avec l'application d'une différence de tensions entre les conducteurs 130 et 50.
- Chacune des électrodes enterrées 50, 130 peut avoir la forme soit d'un conducteur linéaire ou d'un caténaire, soit la forme d'un conducteur plan.
- Lorsqu'elles ont toutes deux la forme d'un conducteur linéaire, elles peuvent être orientées selon des directions non nécessairement parallèles entre elles (comme illustré sur la
figure 7 , sur laquelle les deux caténaires sont sensiblement perpendiculaires), ou bien les deux conducteurs peuvent être parallèles entre eux (par exemple comme illustré sur lafigure 8A ) ce qui permet de réaliser la réaction ou la détection souhaitée à tout endroit au-dessus des électrodes 24. Le même avantage est offert lorsque l'une des deux électrodes enterrées a la forme d'un conducteur plan (notamment celle du substrat 120) tandis que l'autre a la forme d'un conducteur linéaire aligné au-dessus des électrodes 24, ou lorsque les deux électrodes ont chacune la forme d'un conducteur plan. - Pour un déplacement d'une goutte 22, une ou plusieurs des électrodes 24 est/sont sous tension, ainsi que l'électrode 50 ; cette configuration est illustrée en
figure 8A ; comme déjà expliqué ci-dessus, l'activation d'une des électrodes 24 va induire un déplacement de la goutte 22. - Puis, pour des mesures, une tension est appliquée à chacune des électrodes 130 et 50, générant une différence de potentiel non nulle entre elles, ce qui peut induire un chauffage dans la goutte 22, et/ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire dans cette goutte s'il y a des cellules dans la goutte.
- Selon une variante de ce mode de réalisation, illustrée sur la
figure 8B , sur laquelle des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires, l'un des conducteurs enterrés, par exemple le conducteur 130 du substrat supérieur 120, est localement en contact physique avec la goutte 22 du fait d'une ouverture 127 pratiquée dans la couche hydrophobe 129, par exemple par lithographie puis gravure de cette couche 129. - Dans ce cas, pour des mesures, une tension est appliquée à chacune des électrodes 130 et 50, générant une différence de potentiel entre ces deux électrodes, ce qui peut induire :
- une réaction électrochimique dans la goutte 22 lorsqu'elle est en contact direct avec l'électrode 130 par l'ouverture 127,
- et/ou, quelle que soit la position de la goutte par rapport à l'ouverture 127, un chauffage de cette goutte et/ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire dans cette goutte s'il y a des cellules dans cette goutte.
- On peut avoir une variante dans laquelle l'ouverture est pratiquée dans la couche 29 du substrat inférieur, en vue d'un contact entre la goutte 22 et le conducteur 50.
- Selon encore une autre variante de ce dispositif, les deux électrodes sont toutes deux situées, soit dans le substrat inférieur, soit dans le substrat supérieur. Aucune des électrodes n'est plus située en contact mécanique avec la goutte.
- Le cas de deux électrodes enterrées dans le substrat inférieur est similaire au cas exposé ci-dessus en liaison avec les
figures 4A - 4B , auquel un substrat supérieur 120 tel que celui de lafigure 6 serait ajouté pour confiner la goutte 22. - Le cas de deux électrodes enterrées dans le substrat supérieur est illustré sur les
figures 9A - 9B , sur lesquelles des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires. - Deux caténaires 130 et 132 sont enterrés dans le substrat 120, par exemple sous la couche hydrophobe 129.
- La
figure 9A représente une vue longitudinale du dispositif, sur laquelle un seul des deux caténaires enterrés est visible, cachant le deuxième. - La
figure 9B représente une vue en coupe BB' du dispositif, sur laquelle les deux caténaires enterrés 130, 132 sont visibles, au-dessus d'une électrode 24-1 qui cache les autres électrodes du réseau 24. - Pour un déplacement d'une goutte 22, une ou plusieurs des électrodes 24 est/sont sous tension, ainsi que, par exemple, le caténaire 130 ; comme déjà expliqué ci-dessus, l'activation d'une des électrodes 24 va induire un déplacement de la goutte 22.
- Puis, pour des mesures, une tension est appliquée à chacun des caténaires 130 et 132, générant une différence de potentiel entre ces deux caténaires, ce qui peut induire un chauffage de cette goutte, et/ou une réaction d'électroporation et/ou une réaction de type lyse cellulaire dans cette goutte (cette configuration est illustrée en
figures 9A et 9B ). - L'invention peut être mise en oeuvre avec une rangée d'électrodes 24, donc un arrangement linéaire de ces électrodes.
- Ces électrodes peuvent cependant, dans le cadre de l'invention, être disposées selon tout schéma, et en particulier en 2 dimensions.
- Un autre aspect de l'invention est donc représenté par les
figures 10A et 10B sur lesquelles des références numériques identiques à celles desfigures 2A - 2C y désignent des éléments identiques ou similaires. - Sur la
figure 10A , le substrat 20 supporte une matrice d'électrodes 24, réparties en lignes et en colonnes, recouvertes d'une couche isolante 28 et d'une couche hydrophobe 29. - Plusieurs couples de micro-caténaires 30,32 sont mis en parallèles suivant les lignes d'électrodes.
- Ces micro-caténaires peuvent être positionnées à une distance donnée de la surface du substrat grâce à des espaceurs 70.
- De cette manière, il est possible de travailler en parallèle sur plusieurs lignes d'électrodes, et de déplacer plusieurs gouttes par des méthodes précédemment décrites.
- La technique des espaceurs peut aussi être utilisée en liaison avec les autres modes de réalisation afin de maintenir un caténaire à une distance prédéterminée de la couche hydrophobe 29.
- Un autre aspect de l'invention est représenté sur la
figure 10B . - Le substrat 20 supporte une matrice d'électrodes 24, réparties en lignes et en colonnes, recouvertes d'une fine couche isolante 28 et d'une couche hydrophobe 29.
- Une première série de micro-caténaires 30,32 est mise en parallèle suivant les lignes d'électrodes.
- Ces micro-caténaires sont positionnées à une distance donnée de la surface du substrat grâce à des espaceurs 70.
- Une deuxième série de micro-caténaires 130, 132 est mise en parallèle mais placée perpendiculairement à la série de micro-caténaires 30, 32, c'est-à-dire suivant la direction des colonnes d'électrodes 24.
- Ces micro-caténaires sont positionnées à une distance donnée de la surface du substrat grâce à des espaceurs 72.
- Les espaceurs 70. et 72 peuvent être de hauteurs différentes. Ainsi, il est possible de déplacer des gouttes suivant deux directions perpendiculaires.
- Pour ce qui concerne la réaction ou le chauffage à induire dans une goutte de liquide, ces modes de réalisation 2D fonctionnent de la même manière que ce qui a été décrit ci-dessus en liaison avec les
figures 2A-9B : l'activation de deux électrodes voisines 30,32 ou 130,132 induit une différence de potentiel entre ces deux électrodes et une réaction ou un chauffage dans le liquide de la goutte. - Les électrodes de ces modes de réalisation 2D sont reliées à des moyens de commutation, non représentés sur les
figures 10A et 10B mais de manière analogue à ce qui a été décrit ci-dessus en liaison avec les figures précédentes. - Ces modes de réalisations 2D peuvent également mettre en oeuvre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- une ou deux électrodes enterrées pour une ou plusieurs lignes et/ou colonnes d'électrodes 24,
- un deuxième substrat de confinement, muni d'une surface hydrophobe, avec éventuellement, là encore, une ou deux électrodes enterrées pour une ou plusieurs lignes et/ou colonnes d'électrodes 24. La surface hydrophobe de ce deuxième substrat peut être munie d'ouvertures de contact telle que l'ouverture 127 de la
figure 8B . - D'une manière générale, dans les modes de réalisation mettant en oeuvre un ou des conducteur(s) enterré(s), l'économie est faite d'une étape de câblage filaire ; en outre (la surface mouillée est seulement localisée sur les surfaces hydrophobes 29 et 129) sont alors utilisées au mieux les propriétés de mouillage de la couche 29, 129 correspondante.
- Typiquement, la distance entre les conducteurs 30, 32 (
figures 2A - 3B ,5 - 7 ) d'une part et la surface hydrophobe 29 est par exemple comprise entre 1 µm et 100 µm ou 500 µm. - Les caténaires 30, 32 se présentent par exemple sous la forme de fils de diamètre compris entre 10 µm et quelques centaines de µm, par exemple 200 µm. Ces fils peuvent être des fils d'or ou d'aluminium ou de tungstène ou d'autres matériaux conducteurs.
- L'électrode enterrée est obtenue par dépôt, puis gravure d'une fine couche d'un métal choisi parmi Au, Al, Ito, Pt, Cu, Cr, ... grâce aux technologie classiques de microtechnologies. L'épaisseur est de quelques dizaines de nm à quelques µm. La largeur du motif est de quelques µm à quelques nm (électrodes planes).
- Lorsque deux substrats 20, 120 sont utilisés (
figures 5 - 9B ), ils sont distants d'une distance comprise entre, par exemple, 10 µm et 100 µm ou 500 µm. - Quel que soit le mode de réalisation considéré, une goutte de liquide 22 aura un volume compris entre, par exemple, 1 nanolitre et quelques microlitres, par exemple entre 1 nl et 5 µl ou 10 µl.
- En outre chacune des électrodes 24 aura par exemple une surface de l'ordre de quelques dizaines de µm2 (par exemple 10 µm2) jusqu'à 1 mm2, selon la taille des gouttes à transporter, l'espacement entre électrodes voisines étant par exemple compris entre 1 µm et 10 µm.
- La structuration des électrodes 24 peut être obtenue par des méthodes classiques des microtechnologies, par exemple par photolithographie. Les électrodes 24 sont réalisées par dépôt d'une couche métallique (Au, Al, ITO, Pt, Cr, Cu, ...) par photolithographie.
- Le substrat est ensuite recouvert d'une couche diélectrique en Si3N4, SiO2, ... Enfin, un dépôt d'une couche hydrophobe est effectué, comme par exemple un dépôt de Téflon réalisé à la tournette.
- Des procédés de réalisation de puces incorporant un dispositif selon l'invention peuvent être directement dérivés des procédés décrits dans le document
FR - 2 841 063 - Des conducteurs, et notamment des caténaires, enterrés peuvent être réalisés par dépôt d'une couche conductrice et gravure de cette couche suivant le motif approprié de conducteurs, avant dépôt de la couche hydrophobe.
- Un exemple de détection électrochimique d'une espèce rédox va être donné. Cette détection est réalisée en utilisant un dispositif selon l'invention, par exemple le dispositif des
figures 2A - 2B . - Une goutte de 1µl d'une solution de ferri/ferrocyanure de potassium (10-2M) est déposée sur la surface hydrophobe 29.
- Cette goutte est en contact avec les deux caténaires 30, 32.
- Lors de la mesure, le caténaire 30 ayant servi au déplacement joue le rôle d'électrode de travail alors que la seconde électrode 32 joue le rôle de contre-électrode et d'électrode de référence.
- Une mesure électrochimique est alors réalisée en voltampérométrie cyclique par balayage en potentiels entre -400mV et +300mV par rapport à l'électrode de référence;
- Comme le montre la
figure 11 , un système rédox classique du couple FeII/FeIII est obtenu. - Plus généralement, l'électrochimie permet de décrire les phénomènes chimiques couplés à des échanges réciproques d'énergie électrique.
- La réaction électrochimique qui se produit à la surface d'une électrode est le résultat du transfert de charge électrique à travers l'interface entre celle-ci et une espèce électroactive (dans un sens ou dans l'autre).
- En général, deux électrodes (électrode de travail et contre-électrode) sont immergées dans une solution électrolytique contenant une espèce électroactive.
- Une troisième électrode (électrode de référence) sert à référencer le potentiel de l'électrode de travail.
- Ainsi, lorsque deux électrodes sont connectées par un circuit de résistance non infinie (l'électrolyte est conducteur), le courant non nul circule dans la cellule électrochimique. Cette circulation implique trois mécanismes différents :
- dans les électrodes, le courant circule par déplacement des électrons (porteurs de charges),
- aux interfaces électrode/liquide, le courant circule par le biais de réactions rédox qui s'y déroulent (transfert d'électrons entre électrode et solution ou espèce rédox),
- dans la solution, le courant circule par déplacement des ions (porteurs de charges).
- Il est également possible de réaliser cette mesure électrochimique entre deux électrodes, par exemple les électrodes de l'un des dispositifs tels que décrit ci-dessus en relation avec les
figures 2A - 2B ,3A - 3B ,5 - 7 ,8B ,10A - 10B : - l'une des électrodes du dispositif joue le rôle d'électrode de travail,
- l'autre, la seconde électrode, joue à la fois le rôle de contre-électrode et d'électrode de référence.
- L'électrophorèse est un procédé connu permettant la séparation d'espèces chargées. En effet des molécules chargées présentent dans un champ électrique se mettront à migrer vers l'électrodes de charge opposée. La vitesse de migration dépendra du ratio charge/masse de la molécule, ce qui permet de séparer efficacement des espèces moléculaires de charges/masse différentes.
- Les électrodes d'un dispositif selon l'invention, notamment tel que décrit ci-dessus en liaison avec les
figures 2A - 10B , peuvent servir à induire une telle réaction d'électrophorèse dans une goutte de liquide. - Les électrodes d'un dispositif selon l'invention, notamment tel que décrit ci-dessus en liaison avec les
figures 2A - 10B , peuvent également servir en tant que résistance chauffante : - soit par contact, les électrodes chauffant et transférant la chaleur au liquide de la goutte 22,
- soit en faisant passer un courant entre les deux électrodes, en utilisant le liquide de la goutte comme une résistance qui s'échauffe par effet Joule. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire qu'un contact direct, mécanique, soit établi entre le liquide de la goutte et au moins une des électrodes Ce type de chauffage peut être induit par exemple dans la configuration des
figures 9A et 9B . - L'invention permet de mettre en oeuvre des détections ou réactions électrochimiques, lorsqu'une au moins des deux électrodes est en contact physique avec la goutte.
- Elle permet également de mettre en oeuvre des réactions d'électrophorèse, ou un chauffage du liquide de la goutte 22.
- L'invention peut également s'appliquer à des procédés d'électroporation, qui permettent d'ouvrir ou de modifier la membrane d'une cellule (qui est alors la goutte 22) et de faire ainsi rentrer dans la cellule d'autres produits chimiques, amenés par transport à l'aide des électrodes de la manière décrite ci-dessus, ou bien amenés manuellement, par exemple à l'aide d'une pipette.
- Elle peut également s'appliquer à des procédés de lyse cellulaire, qui permettent d'éclater la membrane d'une cellule, par exemple avec une différence de tensions, appliquées aux deux électrodes 30, 32, d'environ quelques Volts, par exemple environ 100 V/mm.
- Un premier exemple de détection électrochimique d'une espèce redox a été donné en liaison avec la
figure 11 . - Un deuxième exemple concerne la détection électrochimique d'une espèce générée par une enzyme.
- Un premier mélange réactionnel est préparé comme suit : tampon phosphate-citrate 50 mM, pH 6,5 (10 ml), o-phénylène diamine (OPD, 20 mg) et eau oxygénée (4 µl).
- Un second mélange est préparé comme suit : eau MilliQ (9 µl) et « horse radish » peroxydase (1 µl à 20 µM). Une goutte de 0.5 µl du premier mélange est mise à converger sur la puce vers une goutte de 0.5 µl du second mélange en appliquant une tension de 50V. Lors de ce déplacement seul le caténaire 30 intervient. Après 5 minutes de réaction à température ambiante et à l'abri de la lumière, le produit de la réaction enzymatique est détecté par voltampérométrie pulsée différentielle en utilisant comme couple d'électrodes les caténaires 30 et 32, le caténaire 30 servant d'électrode de travail et le caténaire 32 servant à la fois de contre-électrode et d'électrode de référence. Ainsi, un pic d'oxydoréduction est obtenu à -480mV correspondant à la réduction du produit enzymatique généré (voir
figure 12 ). - Un deuxième exemple concerne le déplacement d'une goutte suivi d'une variation localisée de pH électrocommandée.
- Pour certaines applications, on déplace une goutte d'un milieu réactionnel et ensuite on fait varier le pH pour arrêter ou bien commencer une réaction. Ici on fait varier ce pH électrochimiquement en utilisant l'invention.
- Une goutte de solution tamponnée (PBS pH 7.4) contenant un indicateur coloré, le rouge de crésol à 1mM, est déposée sur la puce puis déplacée sur celle-ci en appliquant une tension de 50V. Un potentiel de -1,4V pendant 10 s est ensuite appliqué entre les deux caténaires, 30 et 32, provoquant ainsi l'hydrolyse de l'eau et la génération d'ions OH-. Ces ions OH- rendent basique la solution, d'où l'apparition d'une coloration rouge indicatrice d'un pH supérieur à 8.8. Lorsque la tension est coupée, le tampon compense alors le pH et la coloration rouge disparaît.
- Sur les
figures 13a et 13b , on peut voir un dispositif selon la présente invention, utilisant les deux caténaires 30, 32, et permettant un contrôle de la taille des gouttes. Ces deux caténaires sont disposés à des hauteurs différentes par rapport au substrat. - La deuxième caténaire 32 permet un échauffement d'une goutte de liquide ou petit volume de liquide 22 par contact ou effet Joule. Le chauffage par transfert de chaleur est préféré car la circulation du courant dans la goutte peut être trop dépendante de son contenu, par exemple de sa concentration en sel. On entend par chauffage par transfert, le chauffage par contact, les électrodes chauffent du fait de leur résistance interne, en transférant la chaleur au liquide de la goutte.
- En outre, la circulation du courant peut également dénaturer les substances en solution, ce qui pourrait fausser les analyses ultérieures éventuelles.
- Cependant, la circulation de courant entre les caténaires 30, 32 peut permettre avantageusement de déterminer un ordre de grandeur de la taille de la goutte, permettant de contrôler encore d'avantage l'évaporation. Lorsqu'une goutte est présente et est en contact avec les deux caténaires 30, 32, un faible courant circule entre les deux caténaires. La détection de ce courant informe de la présence d'une goutte 22 de taille suffisante pour venir en contact, dans l'exemple représenté, avec la deuxième caténaire 32. Cette détection permet de déterminer une taille approximative de la goutte.
- Dans l'exemple représenté, la deuxième caténaire est disposée sensiblement parallèlement au substrat à une distance d. La goutte a une hauteur h. Lorsque h est au moins égale à d, un courant circule entre les caténaires 30 et 32, ce qui permet de déduire que la hauteur h est au moins supérieure d. Au contraire, dans le cas où aucun courant ne circule entre les caténaires 30 et 32, on sait que h est inférieure à d.
- Sur la
figure 13a , dans un premier temps la goutte 22 a un hauteur h supérieure à d et met les deux caténaires 30, 32 en contact électrique. - Après évaporation partielle de la goutte 22, h est inférieure à d, il n'y a plus de contact électrique entre ces caténaires.
- Ce système à deux caténaires a pour avantage de permettre à la fois de chauffer pour accélérer l'évaporation et de permettre un calibrage des gouttes. En effet, il est possible de relier la détection du courant aux électrodes 4 de déplacement. Ainsi, on peut déplacer la goutte sur un chemin d'évaporation dans un sens et dans l'autre jusqu'à ce qu'aucun courant ne soit plus détecté entre les deux caténaires. On saura alors que la taille de la goutte est inférieure à une valeur donnée. Le déplacement favorise quant à lui l'évaporation, donc accélère le processus. Il est également possible de laisser la goutte en place, et de laisser le liquide s'évaporer jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de contact entre la goutte 22 et le caténaire 32.
- On peut également prévoir des troisième, quatrième ... caténaires disposées à des distances du substrat de plus en plus faibles. Cette pluralité de caténaires peut permettre une utilisation du dispositif microfluidique pour des gouttes de différentes tailles; un contrôle de la taille de la goutte sur tout un chemin d'évaporation en détectant une diminution continue du volume de la goutte, ou une détermination très fine de la taille des gouttes.
- Ces caténaires peuvent également être disposées parallèlement, à la même hauteur que la caténaire de déplacement mais sur le côté et à des distances différentes.
- On peut également envisager des secondes caténaires disposées transversalement à la première caténaire (comme sur la
figure 10B par exemple) de manière discrète et à des distances de plus en plus faibles du substrat. Le contrôle de taille s'effectue alors de manière ponctuelle, lorsque la goutte rencontre une seconde caténaire. La détection d'un courant peut alors générer une commande destinée à prolonger l'évaporation de la goutte pour réduire le volume de la goutte.
Claims (36)
- Dispositif de déplacement d'un petit volume de liquide sous l'effet d'une commande électrique, comportant un premier substrat à surface hydrophobe (29) muni de moyens (24). électriquement conducteurs, des deuxièmes moyens électriquement conducteurs (30, 50, 130) disposés en vis-à-vis des premiers moyens conducteurs, caractérisé en ce qu'il comporte des troisième moyens conducteurs (32, 40, 60, 70, 130, 132), formant avec les deuxièmes moyens conducteurs des moyens d'analyse ou pour induire une réaction ou des moyens de chauffage d'un volume de liquide, les premiers moyens électriquement conducteurs permettant, avec les deuxièmes moyens électriquement conducteurs, le déplacement du volume de liquide par électromouillage.
- Dispositif selon la revendication 1, les deuxièmes moyens conducteurs comportant un caténaire ou un fil (30, 50, 130), sensiblement parallèle à la surface hydrophobe.
- Dispositif selon la revendication 2, le caténaire ou le fil étant non enterré dans le premier substrat, à une distance non nulle de la surface hydrophobe.
- Dispositif selon la revendication 3, la distance étant comprise entre 1 µm et 100 µm ou 500 µm.
- Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4, les troisièmes moyens conducteurs (32, 40, 60, 70, 130, 132), comportant également un caténaire ou un fil conducteur.
- Dispositif selon la revendication 5, le caténaire ou le fil étant non enterré dans le premier substrat, à une distance non nulle de la surface hydrophobe.
- Dispositif selon la revendication 6, la distance étant comprise entre 1 µm et 100 µm ou 500 µm.
- Dispositif selon la revendication 5, 6 ou 7, les deux caténaires ou fils étant parallèles entre eux et à la surface hydrophobe (29).
- Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, les deux caténaires ou fils n'étant pas parallèles entre eux, mais étant parallèles à la surface hydrophobe (29).
- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, l'un des caténaires (40, 50) étant enterré sous la surface hydrophobe (29).
- Dispositif selon la revendication 10, les, caténaires étant dirigés de manière sensiblement parallèle entre eux.
- Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4, les troisièmes moyens conducteurs comportant un conducteur plan enterré sous la surface hydrophobe (29).
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, les deuxièmes moyens conducteurs comportant un caténaire ou un fil enterré (50) sous la surface hydrophobe (29).
- Dispositif selon la revendication 13, les troisièmes moyens conducteurs (52) comportant également un caténaire ou un fil enterré, les deux caténaires enterrés étant dirigés de manière sensiblement parallèle entre eux.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, les troisièmes moyens conducteurs comportant une électrode plane enterrée sous la surface hydrophobe (29).
- Dispositif selon la revendication 1, les deuxièmes moyens conducteurs comportant une électrode plane enterrée.
- Dispositif selon la revendication 16, les troisièmes moyens conducteurs comportant un conducteur enterré, de forme plane ou filaire.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, les troisièmes moyens conducteurs comportant un caténaire ou un fil dirigée perpendiculairement au caténaire ou fil des deuxièmes moyens électriquement conducteurs.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, comportant en outre un deuxième substrat (120) à surface hydrophobe (129), ce deuxième substrat conférant à l'ensemble une structure confinée.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 ou 13 ou 16, comportant en outre un deuxième substrat à surface hydrophobe (129), ce deuxième substrat conférant à l'ensemble une structure confinée, le troisième conducteur (70, 130) étant enterré dans le deuxième substrat, sous sa surface hydrophobe (129).
- Dispositif selon la revendication 20, le troisième conducteur étant sous forme de caténaire ou de fil enterré, ou bien sous forme d'un conducteur plan enterré.
- Dispositif selon la revendication 20 ou 21, la surface du deuxième substrat étant localement ajourée pour former une zone de contact (127) entre une goutte de liquide positionnée entre les deux substrats et le troisième conducteur.
- Dispositif selon l'une des revendications 19 à 22, le deuxième substrat étant disposé à une distance du premier substrat comprise entre 10 µm et 100 µm ou 500 µm.
- Dispositif selon la revendication 1, comportant en outre un deuxième substrat à surface hydrophobe (129), ce deuxième substrat conférant à l'ensemble une structure confinée, le deuxième et le troisième conducteurs (130, 132) étant enterrés dans le deuxième substrat, sous sa surface hydrophobe (129).
- Dispositif selon la revendication 24, les deuxième et troisième conducteurs étant chacun sous forme de caténaire ou de fil.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 25, la surface hydrophobe du premier substrat et/ou celle du deuxième substrat étant en téflon.
- Procédé de traitement d'une goutte (22) de liquide par réaction électrochimique comportant :- la mise en contact d'une goutte (22) de liquide avec les électrodes d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, ou 16 à 21,- l'application d'une différence de potentiel entre les entre les deuxièmes et les troisième moyens conducteurs.
- Procédé de traitement d'une goutte (22) de liquide par électrophorèse comportant :- la mise en contact d'une goutte (22) de liquide avec les électrodes d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 26,- l'application d'une différence de potentiel entre les deuxième et les troisième moyens conducteurs.
- Procédé de traitement d'une cellule par lyse cellulaire comportant :- la mise en contact d'une cellule avec les électrodes d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 26,- l'application d'une différence de potentiel entre les deuxième et troisième moyens conducteurs.
- Procédé de chauffage d'une goutte (22) de liquide conducteur par effet joule comportant :- la mise en contact d'une goutte de liquide avec les moyens électriquement conducteurs d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 26,- l'application d'une différence de potentiel entre les deuxième et les troisième moyens conducteurs.
- Procédé de contrôle ou de calibration de la taille d'une goutte (22), comportant :- la mise en contact d'une goutte de liquide avec les deuxième et troisième moyens électriquement conducteurs (30, 32) d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 26,- la circulation d'un courant entre les deuxième et troisième moyens électriquement conducteurs,- l'évaporation de la goutte jusqu'à ce que ledit courant ne circule plus entre les deuxième et troisième moyens électriquement conducteurs.
- Procédé selon la revendication 31, comportant en outre un déplacement de la goutte par électromouillage lors de l'évaporation.
- Procédé de traitement d'une cellule par électroporation comportant :- la mise en contact d'une cellule avec les électrodes d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 26,- l'application d'une différence de potentiel entre les entre les deuxièmes et les troisième moyens conducteurs.
- Dispositif de calibrage d'une goutte de liquide comportant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 26, et des moyens de contrôle d'un courant circulant entre les deuxième et troisième moyens électriquement conducteurs.
- Dispositif selon la revendication 34, les deuxième et troisième moyens électriquement conducteurs comportant chacun un caténaire, les deux caténaires étant disposés à des hauteurs différentes par rapport à la surface hydrophobe.
- Dispositif selon la revendication 35, comportant en outre au moins un caténaire additionnel, disposé à une distance de la surface hydrophobe différente de la distance entre cette surface et les deux caténaires précédents.
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