FR3078637A1 - PARTICLE SORTING SYSTEM BY SIZE RANGE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de tri, par gamme de tailles, de particules contenues dans un fluide (F), ledit système comprenant : Une entrée orientée pour générer un flux dudit fluide suivant une direction principale d'injection, Un réseau périodique en deux dimensions de plusieurs piliers (Px) de formes et tailles identiques, Ledit réseau périodique étant défini par une maille en forme de parallélogramme de manière à former plusieurs alignements suivant deux directions d'alignement, une première direction d'alignement (Y) qui est perpendiculaire à ladite direction principale d'injection et une deuxième direction d'alignement qui forme un premier angle aigu (a1) non nul avec ladite direction principale d'injection, Chaque pilier du réseau de pilier présentant une forme adaptée pour définir au moins une surface de déviation dudit flux qui est orientée suivant une direction formant un deuxième angle aigu (a2) non nul avec ladite direction principale d'injection et opposé audit premier angle (a1) par rapport à ladite direction principale d'injection.The invention relates to a system for sorting, by size range, particles contained in a fluid (F), said system comprising: An input oriented to generate a flow of said fluid along a main direction of injection, A periodic network in two dimensions of several pillars (Px) of identical shapes and sizes, said periodic network being defined by a parallelogram-shaped mesh so as to form a plurality of alignments in two alignment directions, a first alignment direction (Y) which is perpendicular to said main injection direction and a second alignment direction which forms a first non-zero acute angle (a1) with said main injection direction, Each pillar of the pillar network having a shape adapted to define at least one surface of deflection of said flow which is oriented in a direction forming a second acute angle (a2) which is not zero with said main injectio direction n and opposite said first angle (a1) with respect to said main injection direction.
Description
(© L'invention concerne un système de tri, par gamme de tailles, de particules contenues dans un fluide (F), ledit système comprenant:(© The invention relates to a sorting system, by range of sizes, of particles contained in a fluid (F), said system comprising:
Une entrée orientée pour générer un flux dudit fluide suivant une direction principale d'injection,An inlet oriented to generate a flow of said fluid in a main injection direction,
Un réseau périodique en deux dimensions de plusieurs piliers (Px) de formes et tailles identiques,A two-dimensional periodic network of several pillars (Px) of identical shapes and sizes,
Ledit réseau périodique étant défini par une maille en forme de parallélogramme de manière à former plusieurs alignements suivant deux directions d'alignement, une première direction d'alignement (Y) qui est perpendiculaire à ladite direction principale d'injection et une deuxième direction d'alignement qui forme un premier angle aigu (a1 ) non nul avec ladite direction principale d'injection, Chaque pilier du réseau de pilier présentant une forme adaptée pour définir au moins une surface de déviation dudit flux qui est orientée suivant une direction formant un deuxième angle aigu (a2) non nul avec ladite direction principale d'injection et opposé audit premier angle (a1 ) par rapport à ladite direction principale d'injection.Said periodic network being defined by a mesh in the form of a parallelogram so as to form several alignments in two alignment directions, a first alignment direction (Y) which is perpendicular to said main injection direction and a second direction of alignment which forms a non-zero first acute angle (a1) with said main direction of injection, each pillar of the pillar network having a shape adapted to define at least one deflection surface of said flow which is oriented in a direction forming a second angle acute (a2) not zero with said main injection direction and opposite to said first angle (a1) with respect to said main injection direction.
Système de tri de particules par gamme de taillesParticle sorting system by size range
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention se rapporte à un système de tri de particules, par gamme de tailles, lesdites particules étant présentes dans un échantillon fluidique à injecter dans le système.The present invention relates to a particle sorting system, by range of sizes, said particles being present in a fluid sample to be injected into the system.
Etat de la techniqueState of the art
Pour trier des particules selon leurs tailles dans un échantillon fluidique, il est connu d'utiliser des systèmes de tri adaptés. Certains de ces systèmes mettent notamment en œuvre le principe dit de déplacement latéral déterministe, également appelé DLD. Cette technique de séparation utilise la répartition spécifique des lignes de courant dans un réseau de piliers régulièrement espacés. Il s'agit d'un tri de particules qui permet d'acheminer les particules par gammes de tailles. Le phénomène de DLD est employé pour réaliser la séparation de particules de tailles pouvant aller de quelques nanomètres à plusieurs dizaines de micromètres. Il est mis en œuvre en utilisant un ou plusieurs réseaux de piliers placés sur le trajet de l'échantillon fluidique qui contient les diverses particules de tailles différentes à séparer. En référence à la figure 1A, un réseau de piliers P est constitué par exemple de plusieurs lignes de piliers régulièrement espacées et légèrement décalées d'une ligne à l'autre de manière à obtenir un positionnement des piliers en quinconce. Dans un réseau de piliers, le fluide F contenant les particules T1, T2 qui traverse l'espace (défini par G sur la figure 1 A) séparant deux piliers d'une première ligne rencontre un pilier dans la ligne suivante, ce qui entraîne sa déviation. Une partie du fluide est déviée d'un côté du pilier et l'autre partie du fluide est déviée de l'autre côté du pilier.To sort particles according to their sizes in a fluid sample, it is known to use suitable sorting systems. Some of these systems notably implement the so-called deterministic lateral displacement principle, also called DLD. This separation technique uses the specific distribution of the current lines in a network of regularly spaced pillars. It is a sorting of particles which allows particles to be conveyed by size ranges. The DLD phenomenon is used to separate particles of sizes that can range from a few nanometers to several tens of micrometers. It is implemented using one or more networks of pillars placed on the path of the fluid sample which contains the various particles of different sizes to be separated. With reference to FIG. 1A, a network of pillars P consists for example of several lines of pillars regularly spaced apart and slightly offset from one line to another so as to obtain a staggered positioning of the pillars. In a network of pillars, the fluid F containing the particles T1, T2 which crosses the space (defined by G in FIG. 1 A) separating two pillars of a first line meets a pillar in the following line, which causes its deviation. Part of the fluid is deflected on one side of the pillar and the other part of the fluid is deflected on the other side of the pillar.
La proportion de fluide déviée par un pilier dépend du rapport Δλ/λ, où Δλ est défini comme le décalage d’une ligne de piliers à la suivante (égal à λ/3 sur la figure 1 A) et λ correspond à la distance centre à centre entre piliers voisins.The proportion of fluid deflected by a pillar depends on the ratio Δλ / λ, where Δλ is defined as the shift from one row of pillars to the next (equal to λ / 3 in Figure 1 A) and λ corresponds to the center distance centered between neighboring pillars.
Le réseau de piliers est agencé pour trier les particules selon un diamètre critique. Cette dimension critique dépend de deux paramètres géométriques du réseau de piliers : l’espacement inter-piliers (G, figure 1 A) et l’angle de décalage d’une ligne à l’autre de piliers (angle dont la tangente est égale à Δλ/λ, figure 1 A). En diminuant ces deux paramètres, le diamètre critique est réduit, selon la loi établie par Davis en 2008 : Dc = 1.46ε0·48, avec ε=Δλ/λ. Ainsi les particules qui présentent un diamètre supérieur au diamètre critique du réseau sont déviées par les piliers et les particules qui présentent un diamètre inférieur au diamètre critique suivent une trajectoire sensiblement rectiligne à travers le réseau de piliers.The network of pillars is arranged to sort the particles according to a critical diameter. This critical dimension depends on two geometric parameters of the pillar network: the inter-pillar spacing (G, Figure 1 A) and the angle of offset from one line to the other of the pillars (angle whose tangent is equal to Δλ / λ, Figure 1 A). By decreasing these two parameters, the critical diameter is reduced, according to the law established by Davis in 2008: D c = 1.46ε 0 · 48 , with ε = Δλ / λ. Thus the particles which have a diameter greater than the critical diameter of the network are deflected by the pillars and the particles which have a diameter less than the critical diameter follow a substantially straight path through the network of pillars.
Afin de séparer différentes gammes de tailles de particules présentes dans un même échantillon, il est possible de mettre en série des réseaux de piliers présentant des caractéristiques géométriques différentes, et donc des diamètres critiques différents. Il est ainsi possible de mettre en œuvre un canal de DLD présentant des espacements inter-piliers de plus en plus faibles, afin de diminuer progressivement le diamètre critique et de séparer des particules de diamètre de plus en plus faible. Grâce à la présence de plusieurs canaux en sortie du dernier étage de tri, chaque taille de particules est collectée individuellement à partir du mélange initial contenant les différents types de particules.In order to separate different ranges of particle sizes present in the same sample, it is possible to put in series arrays of pillars having different geometric characteristics, and therefore different critical diameters. It is thus possible to implement a DLD channel having increasingly small inter-pillar spacings, in order to progressively decrease the critical diameter and to separate particles of increasingly small diameter. Thanks to the presence of several channels at the outlet of the last sorting stage, each particle size is collected individually from the initial mixture containing the different types of particles.
Plusieurs configurations sont décrites dans l’état de la technique pour réaliser la mise en série de réseaux de piliers avec des paramètres géométriques variables. La configuration la plus simple consiste en une juxtaposition de zones de piliers de largeurs identiques mais présentant des espacements inter-piliers de diamètres critiques différents. Il a par exemple été proposé d'avoir des espacements inter-piliers de plus en plus élevés, permettant d'augmenter progressivement le diamètre critique et de séparer des particules de diamètres de plus en plus élevés.Several configurations are described in the state of the art for implementing the series of pillar networks with variable geometric parameters. The simplest configuration consists of a juxtaposition of pillar zones of identical widths but having inter-pillar spacings of different critical diameters. It has for example been proposed to have increasingly higher inter-pillar spacings, making it possible to gradually increase the critical diameter and to separate particles of increasingly larger diameters.
Cependant, cette configuration peut présenter des risques de colmatage des particules entre les piliers car toutes les particules traversent l’ensemble de la puce. En effet, les particules les plus grandes passent par tous les réseaux de piliers, notamment ceux présentant l’espacement inter-piliers le plus faible. Cela restreint donc la gamme de tailles pouvant être triées par ce type de dispositifs, le plus petit espacement interpiliers devant être supérieur au plus grand diamètre des particules.However, this configuration can present risks of clogging of the particles between the pillars because all the particles pass through the entire chip. Indeed, the largest particles pass through all the pillar networks, in particular those having the smallest inter-pillar spacing. This therefore restricts the range of sizes that can be sorted by this type of device, the smallest inter-pillar spacing having to be greater than the largest particle diameter.
Dans d'autres configurations, il est possible d'ajuster les paramètres des piliers de façon à dévier des particules de diamètre de plus en plus faible et à les sortir progressivement de la zone de tri. Une première réalisation consiste à placer un canal de dérivation 10', 20' (ne contenant pas de piliers) en sortie de chaque zone Z1 ', Z2' de piliers afin d’extraire les particules déviées. Cette configuration est privilégiée lorsqu’il est nécessaire que les particules déviées par chaque zone de piliers soient extraites séparément. La figure 1B représente une telle configuration.In other configurations, it is possible to adjust the parameters of the pillars so as to deflect particles of smaller and smaller diameter and gradually remove them from the sorting zone. A first embodiment consists in placing a bypass channel 10 ', 20' (not containing pillars) at the outlet of each zone Z1 ', Z2' of pillars in order to extract the deviated particles. This configuration is preferred when it is necessary for the particles deflected by each pillar zone to be extracted separately. Figure 1B shows such a configuration.
Cependant, cette dernière solution présente aussi certains inconvénients :However, this latter solution also has certain drawbacks:
Elle est complexe à mettre en œuvre car la même pression doit être appliquée sur toute la largeur en sortie de chaque zone, c’est-à-dire que la même pression doit être appliquée au niveau de la limite entre deux zones de piliers adjacentes et en entrée du canal de dérivation. En effet, si la pression appliquée est inférieure au niveau de l’une des deux sorties, les lignes de courant sont déviées vers le canal de plus faible pression, ce qui perturbe fortement la distribution des lignes de courant autour des piliers et empêche le tri des particules par le phénomène de DLD.It is complex to implement because the same pressure must be applied over the entire width at the outlet of each zone, that is to say that the same pressure must be applied at the limit between two zones of adjacent pillars and at the inlet of the bypass channel. Indeed, if the applied pressure is lower than the level of one of the two outlets, the current lines are diverted towards the lower pressure channel, which strongly disturbs the distribution of the current lines around the pillars and prevents sorting particles by the DLD phenomenon.
La configuration du système de tri est figée et ne permet pas d’adapter le nombre de zones de piliers à l’échantillon introduit. Un design complexe doit donc être réalisé pour chaque type d’échantillon pour permettre de séparer les tailles de particules présentes dans l’échantillon de départ. L’utilisateur ne peut moduler ni les caractéristiques des piliers des différents réseaux de piliers, ni le nombre de réseaux de piliers mis en série.The configuration of the sorting system is fixed and does not allow the number of pillar zones to be adapted to the sample introduced. A complex design must therefore be carried out for each type of sample to allow the particle sizes present in the initial sample to be separated. The user cannot modify the characteristics of the pillars of the different pillar networks, nor the number of pillar networks put in series.
Les procédés de fabrication actuels ne permettent pas la réalisation de piliers présentant un rapport d’aspect (hauteur du canal/diamètre des piliers) excédant un facteur 20 environ. Au-delà de cette limite, les piliers sont fortement fragilisés et il n’est plus possible de garantir la verticalité des parois des piliers. Le procédé de fabrication limite donc la gamme de tailles de particules pouvant être triées par un même dispositif à un facteur 20 environ. Cette limitation est problématique pour de nombreuses applications, par exemple lorsque l’on souhaite isoler des virus ou des vésicules extracellulaires (exosomes en particulier) à partir de sang total. En effet, les virus et les exosomes ont une dimension caractéristique de 100 nm environ. Un même dispositif de DLD ne pourrait donc pas isoler ces composés d’intérêt à partir d’un échantillon contenant des particules supérieures à 2 pm environ, ce qui est par exemple problématique pour les isoler des globules rouges et globules blancs des échantillons de sang dont ils sont issus.Current manufacturing processes do not allow the production of abutments with an aspect ratio (height of the channel / diameter of the abutments) exceeding a factor of about 20. Beyond this limit, the pillars are greatly weakened and it is no longer possible to guarantee the verticality of the walls of the pillars. The manufacturing process therefore limits the range of particle sizes that can be sorted by the same device to a factor of about 20. This limitation is problematic for many applications, for example when it is desired to isolate viruses or extracellular vesicles (exosomes in particular) from whole blood. In fact, viruses and exosomes have a characteristic dimension of around 100 nm. The same DLD device could not therefore isolate these compounds of interest from a sample containing particles larger than about 2 μm, which is for example problematic for isolating them from red blood cells and white blood cells from blood samples of which they came from.
- Ce type de système en cascade engendre une diminution du débit. En effet, à chaque ajout d’un étage de tri par DLD, le débit global est réduit car la résistance fluidique du système est fortement augmentée. Il est donc préférable de limiter le nombre d’étapes de DLD en cascade.- This type of cascade system causes a reduction in flow. Indeed, with each addition of a sorting stage by DLD, the overall throughput is reduced because the fluid resistance of the system is greatly increased. So it's best to limit the number of cascading DLD steps.
Il a été récemment démontré qu’un phénomène particulier appelé anisotropie influence la trajectoire des particules dans les réseaux de tri par DLD. La publication référencée T. Kulrattanarak et al., « Mixed motion in deterministic ratchets due to anisotropie permeability », J. Colloid Interface Sci., vol. 354, n° 1, p. 7-14, févr. 2011 a montré qu’en raison de l’orientation oblique du réseau de piliers par rapport au canal, les lignes de courant ne sont pas parfaitement rectilignes dans les canaux de DLD, mais suivent progressivement la direction du réseau de piliers. Cela engendre un gradient de pression dans la direction latérale du canal à piliers. En conséquence, un troisième mode de déplacement des particules est observé, en plus des deux modes décrits ci-dessus, qui est appelé mixed motion (mode B). Dans ce mode de déplacement, les particules suivent une trajectoire intermédiaire, entre la trajectoire rectiligne des particules inférieures au diamètre critique Dc(mode zigzag-A) et la trajectoire déviée des particules supérieures au diamètre critique Dc (mode déplacement-C). La figure 1C illustre ces trois modes A, B, C de déplacement des particules dans un réseau incliné selon l'axe (Y)It has recently been shown that a particular phenomenon called anisotropy influences the trajectory of particles in DLD sorting networks. The publication referenced T. Kulrattanarak et al., “Mixed motion in deterministic ratchets due to anisotropy permeability”, J. Colloid Interface Sci., Vol. 354, n ° 1, p. 7-14, Feb 2011 showed that due to the oblique orientation of the pillar network with respect to the canal, the current lines are not perfectly straight in the DLD channels, but gradually follow the direction of the pillar network. This creates a pressure gradient in the lateral direction of the pillar channel. Consequently, a third mode of displacement of the particles is observed, in addition to the two modes described above, which is called mixed motion (mode B). In this displacement mode, the particles follow an intermediate trajectory, between the rectilinear trajectory of the particles smaller than the critical diameter D c (zigzag mode-A) and the deviated trajectory of the particles greater than the critical diameter D c (displacement mode-C). FIG. 1C illustrates these three modes A, B, C of movement of the particles in a network inclined along the axis (Y)
Cependant, ce principe utilisant l'anisotropie du réseau ne permet de réaliser qu'une séparation binaire autour d’un seul diamètre critique, voire de deux diamètres critiques.However, this principle using the anisotropy of the network allows only a binary separation around a single critical diameter, or even two critical diameters.
Par ailleurs, on comprend de ce qui précède que les systèmes de tri en cascade à plusieurs étages de tri en série présentent également un certain nombre d'inconvénients.Furthermore, it will be understood from the above that cascade sorting systems with several stages of sorting in series also have a certain number of drawbacks.
Le but de l'invention est donc de proposer un système de tri de particules contenues dans un échantillon fluidique, qui permet de séparer des particules suivant un grand nombre de tailles (typiquement entre deux et plusieurs dizaines de groupes de particules), ne nécessitant qu'un minimum d'étages de tri (ou un minimum d'étapes de tri), afin d'éviter les inconvénients des solutions en cascade. Avantageusement, il sera possible de trier les particules selon un grand nombre de tailles (par exemple entre 5 et 20 tailles distinctes) en une seule étape de tri.The object of the invention is therefore to propose a system for sorting particles contained in a fluid sample, which makes it possible to separate particles according to a large number of sizes (typically between two and several tens of groups of particles), requiring only '' a minimum of sorting stages (or a minimum of sorting stages), in order to avoid the disadvantages of cascade solutions. Advantageously, it will be possible to sort the particles according to a large number of sizes (for example between 5 and 20 distinct sizes) in a single sorting step.
Exposé de l'inventionStatement of the invention
Ce but est atteint par un système de tri, par gamme de tailles, de particules contenues dans un fluide, ledit système comprenant :This object is achieved by a sorting system, by range of sizes, of particles contained in a fluid, said system comprising:
Une entrée destinée à recevoir ledit fluide et orientée pour générer un flux dudit fluide suivant une direction principale d'injection,An inlet intended to receive said fluid and oriented to generate a flow of said fluid in a main injection direction,
Un réseau périodique en deux dimensions de plusieurs piliers de formes et tailles identiques, lesdits piliers étant agencés pour assurer un tri desdites particules par gamme de tailles,A periodic network in two dimensions of several pillars of identical shape and size, said pillars being arranged to ensure sorting of said particles by range of sizes,
Ledit réseau périodique étant défini par une maille en forme de parallélogramme de manière à former plusieurs alignements de piliers suivant deux directions d'alignement, une première direction d'alignement qui est perpendiculaire à ladite direction principale d'injection et une deuxième direction d'alignement qui forme un premier angle aigu non nul avec ladite direction principale d'injection,Said periodic network being defined by a mesh in the form of a parallelogram so as to form several pillar alignments in two alignment directions, a first alignment direction which is perpendicular to said main injection direction and a second alignment direction which forms a first non-zero acute angle with said main direction of injection,
Plusieurs sorties correspondant chacune à au moins une gamme de tailles de particules,Several outputs each corresponding to at least one range of particle sizes,
- Chaque pilier du réseau de pilier présentant une forme adaptée pour définir au moins une surface de déviation dudit flux qui est orientée suivant une direction formant un deuxième angle aigu non nul avec ladite direction principale d'injection et opposé audit premier angle par rapport à ladite direction principale d'injection.- Each pillar of the pillar network having a shape adapted to define at least one deflection surface of said flow which is oriented in a direction forming a second non-zero acute angle with said main injection direction and opposite to said first angle relative to said main direction of injection.
Selon une particularité, chaque alignement, réalisé suivant la première direction d'alignement est espacé d'un alignement adjacent d'une première distance inter-pilier constanteAccording to a particular feature, each alignment, carried out in the first alignment direction is spaced from an adjacent alignment by a first constant inter-pillar distance
Selon une autre particularité, dans chaque alignement réalisé suivant la première direction d'alignement, lesdits piliers sont espacés les uns des autres d'une deuxième distance inter-pilier constante.According to another particularity, in each alignment produced in the first alignment direction, said pillars are spaced from each other by a second constant inter-pillar distance.
Selon une autre particularité, le premier angle, le deuxième angle, la première distance inter-piliers et la deuxième distance inter-piliers sont choisis pour obtenir une anisotropie du réseau la plus importante possible.According to another particularity, the first angle, the second angle, the first inter-pillar distance and the second inter-pillar distance are chosen to obtain the greatest possible anisotropy of the network.
Selon une variante de réalisation, chaque pilier présente une section de forme elliptique.According to an alternative embodiment, each pillar has a cross section of elliptical shape.
Selon une autre variante de réalisation, chaque pilier présente une forme en ailette.According to another alternative embodiment, each pillar has a fin shape.
Système selon une autre variante de réalisation, chaque pilier présente une section de forme triangulaire.System according to another alternative embodiment, each pillar has a triangular section.
Selon une autre particularité, le système est réalisé sous la forme d'un ensemble multicouches comportant au moins :According to another particularity, the system is produced in the form of a multilayer assembly comprising at least:
Une première plaque comprenant une première face sur laquelle est formé le réseau de piliers et une deuxième face,A first plate comprising a first face on which the network of pillars is formed and a second face,
Une deuxième plaque fixée sur ladite deuxième face de la première plaque et comprenant ladite entrée et lesdites plusieurs sorties,A second plate fixed to said second face of the first plate and comprising said inlet and said several outlets,
Un capot fixé sur ladite première face de la première plaque.A cover fixed on said first face of the first plate.
Brève description des figuresBrief description of the figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages will appear in the following detailed description given with reference to the appended drawings in which:
La figure 1A illustre le principe de fonctionnement d'un tri par DLD.FIG. 1A illustrates the operating principle of sorting by DLD.
La figure 1B représente un système de tri conforme à l'état de la technique, utilisant plusieurs étages de tri en cascade.FIG. 1B represents a sorting system according to the state of the art, using several stages of cascade sorting.
La figure 1C illustre les trois modes de déplacement des particules dans un réseau de piliers avec anisotropie (A : mode zigzag, B : mixed motion, C : mode déplacement).FIG. 1C illustrates the three modes of displacement of the particles in a network of pillars with anisotropy (A: zigzag mode, B: mixed motion, C: displacement mode).
Les figures 2A à 2C représentent un système de tri conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation.FIGS. 2A to 2C represent a sorting system according to the invention, according to a first embodiment.
Les figures 3A et 3B représentent une première variante de réalisation des piliers employés dans un système de tri de l'invention.Figures 3A and 3B show a first alternative embodiment of the pillars used in a sorting system of the invention.
Les figures 4A et 4B représentent une deuxième variante de réalisation des piliers employés dans un système de tri de l'invention.Figures 4A and 4B show a second alternative embodiment of the pillars used in a sorting system of the invention.
Les figures 5A et 5B, 6A et 6B illustrent l'influence de l'orientation du réseau sur l'anisotropie.FIGS. 5A and 5B, 6A and 6B illustrate the influence of the orientation of the network on the anisotropy.
Les figures 7A, 7B et 7C illustrent les différences d'anisotropie entre respectivement un réseau de piliers à section en ellipse, un réseau de piliers à section en triangle et un réseau de piliers à section en ailette.FIGS. 7A, 7B and 7C illustrate the differences in anisotropy between a network of pillars with elliptical cross section, a network of pillars with triangular cross section and a network of pillars with fin cross section, respectively.
La figure 8 représente une solution possible de réalisation du système de tri de rinvention.FIG. 8 represents a possible solution for producing the sorting system of the invention.
Description détaillée d'au moins un mode de réalisationDetailed description of at least one embodiment
Le système de tri de l'invention vise à trier et séparer des particules présentes dans un échantillon fluidique selon plusieurs gammes de tailles de particules.The sorting system of the invention aims to sort and separate particles present in a fluid sample according to several ranges of particle sizes.
Les particules triées pourront être de type organique ou inorganique. Parmi les particules triées dans un échantillon fluidique F, on peut citer par exemple les particules de TiO2, d'Or, de silice, des billes magnétiques. Il pourra s'agir également de particules biologiques telles que des globules, virus, bactéries, exosomes, plaquettes. Bien entendu, cette liste n'est pas exhaustive et l'invention pourra s'appliquer au tri de tous types de particules.The sorted particles may be of organic or inorganic type. Among the particles sorted in a fluid sample F, mention may be made, for example, of particles of TiO2, Gold, silica, magnetic beads. It may also be biological particles such as globules, viruses, bacteria, exosomes, platelets. Of course, this list is not exhaustive and the invention can be applied to the sorting of all types of particles.
Dans la présente description, par gamme de tailles de particules, on entend un intervalle de tailles dans lequel la taille des particules à trier et séparer est incluse.In the present description, by range of particle sizes is meant a range of sizes in which the size of the particles to be sorted and separated is included.
Par ailleurs, il faut comprendre que dans une même gamme de taille, les particules peuvent être de nature (ou composition) identique ou différente.Furthermore, it should be understood that in the same size range, the particles may be of the same or different nature (or composition).
On considérera que les particules à trier présentes dans l'échantillon ont une forme générale sphérique. Cependant, la solution de l'invention peut tout à fait s'adapter à des particules de formes diverses.It will be considered that the particles to be sorted present in the sample have a general spherical shape. However, the solution of the invention can completely adapt to particles of various shapes.
Dans la présente description, on entend par échantillon fluidique F, un échantillon sous la forme d'un gaz ou d'un liquide dans lequel les particules à séparer sont présentes. Il pourra s'agir d'un fluide vecteur auquel est adjoint le mélange qui comporte les particules à trier. L'échantillon fluidique F peut être formé en amont de l'équipement ou formé directement dans l'équipement en introduisant de manière séparée le fluide vecteur et le mélange de particules.In the present description, the term “fluid sample F” means a sample in the form of a gas or a liquid in which the particles to be separated are present. It may be a carrier fluid to which is added the mixture which comprises the particles to be sorted. The fluid sample F can be formed upstream of the equipment or formed directly in the equipment by separately introducing the carrier fluid and the mixture of particles.
Après tri et séparation, chaque groupe de particules est par exemple acheminé ensuite vers un détecteur Di distinct. Chaque détecteur Di est adapté à la gamme de tailles de particules qu'il reçoit. Les détecteurs employés font avantageusement partie du système de tri de l'invention. Selon la taille des particules à détecter, les détecteurs sont par exemple de type SMR (Suspended Microchannel Resonator) ou SNR (Suspended Nanochannel Resonator). Tout autre type de détecteur adapté pourrait être envisagé (voir ci-après dans les exemples d'application).After sorting and separation, each group of particles is for example then routed to a separate detector Di. Each detector Di is adapted to the range of particle sizes it receives. The detectors used advantageously form part of the sorting system of the invention. Depending on the size of the particles to be detected, the detectors are for example of the SMR (Suspended Microchannel Resonator) or SNR (Suspended Nanochannel Resonator) type. Any other suitable type of detector could be envisaged (see below in the application examples).
Le système de tri de particules de l'invention utilise le principe de DLD (Déplacement Latéral Déterministe).The particle sorting system of the invention uses the principle of DLD (Deterministic Lateral Displacement).
Le système ne comporte avantageusement qu'un seul étage de tri et permet ainsi de réaliser le tri des particules en une seule étape.The system advantageously has only one sorting stage and thus makes it possible to sort the particles in a single step.
Le système comporte une entrée IN pour injecter le fluide F contenant les particules à trier dans le système et un réseau de piliers (Px avec x=1, 2 ou 3 sur les figures annexées) destiné à être traversé par ledit fluide pour effectuer le tri par tailles. L'entrée IN est préférentiellement agencée pour que le fluide F pénètre dans le système suivant une direction principale d'injection, définie par l'axe (X) sur les figures annexées. Cette entrée débouche dans le réseau de piliers, avantageusement dans un espace inter-piliers d'une première rangée de piliers du réseau. Elle est avantageusement située à proximité du centre afin de laisser un maximum de sorties disponibles pour les différentes tailles de particules.The system includes an input IN for injecting the fluid F containing the particles to be sorted into the system and a network of pillars (Px with x = 1, 2 or 3 in the appended figures) intended to be traversed by said fluid for sorting by sizes. The input IN is preferably arranged so that the fluid F enters the system in a main direction of injection, defined by the axis (X) in the appended figures. This entry leads into the network of pillars, advantageously in an inter-pillar space of a first row of pillars of the network. It is advantageously located near the center in order to leave a maximum of available outlets for the different particle sizes.
Le tri est mis en œuvre par un réseau de piliers (P1, P2 ou P3) qui est périodique et à deux dimensions.Sorting is implemented by a network of pillars (P1, P2 or P3) which is periodic and two-dimensional.
La figure 2A représente un exemple de système de tri conforme à l'invention. De manière non limitative, le réseau de piliers de ce système utilise des piliers P1 dont la section transversale est en forme d'ellipse. On verra ci-après que d'autres formes de piliers (P2, P3) peuvent être envisagées.FIG. 2A shows an example of a sorting system according to the invention. Without limitation, the network of pillars of this system uses P1 pillars whose cross section is elliptical. We will see below that other forms of pillars (P2, P3) can be considered.
Comme déjà précisé ci-dessus, dans un réseau de piliers en DLD, le fluide F qui traverse l'espace séparant deux piliers d'une première ligne du réseau rencontre un pilier dans la ligne suivante, ce qui entraîne sa déviation. Une partie du fluide est déviée d'un côté du pilier et l'autre partie du fluide est déviée de l'autre côté du pilier.As already specified above, in a network of pillars in DLD, the fluid F which crosses the space separating two pillars of a first line of the network meets a pillar in the following line, which causes its deviation. Part of the fluid is deflected on one side of the pillar and the other part of the fluid is deflected on the other side of the pillar.
De manière plus précise, le réseau périodique de piliers est incliné et est ainsi défini par une maille en forme de parallélogramme.More precisely, the periodic network of pillars is inclined and is thus defined by a mesh in the form of a parallelogram.
Les piliers Px sont ainsi alignés suivant une première direction d'alignement (Y) qui est perpendiculaire à la direction principale d'injection (X) et une deuxième direction d'alignement (U) qui est inclinée par rapport à la direction principale d'injection et qui forme un premier angle aigu a1 non nul par rapport à la direction principale d'injection (X), suivant un premier sens trigonométrique (positif ou négatif). Sur les figures annexées, l'angle a1 est orienté dans le sens trigonométrique conventionnel positif.The pillars Px are thus aligned in a first alignment direction (Y) which is perpendicular to the main injection direction (X) and a second alignment direction (U) which is inclined relative to the main direction of injection and which forms a first acute angle a1 which is not zero relative to the main direction of injection (X), in a first trigonometric direction (positive or negative). In the appended figures, the angle a1 is oriented in the positive conventional trigonometric direction.
Chaque rangée de piliers réalisée suivant la première direction d'alignement (Y) est espacée d'une rangée adjacente parallèle d'une première distance inter-piliers Gx constante.Each row of pillars formed in the first alignment direction (Y) is spaced from an adjacent parallel row by a first constant inter-pillar distance Gx.
Dans chaque rangée de piliers réalisée suivant la première direction d'alignement (Y), chaque pilier est espacé de chaque autre pilier qui lui est adjacent d'une deuxième distance inter-piliers Gy constante.In each row of pillars made in the first alignment direction (Y), each pillar is spaced from each other pillar which is adjacent to it by a second constant inter-pillar distance Gy.
La première distance inter-piliers Gx et la deuxième distance inter-piliers Gy peuvent être identiques ou non.The first distance between pillars Gx and the second distance between pillars Gy may or may not be identical.
L'un des principes de l'invention consiste également à utiliser une forme particulière de piliers (P1, P2 ou P3), qui permet de séparer simultanément jusqu’à plusieurs dizaines de tailles de particules par un seul étage de tri par DLD. Ceci est permis grâce à une géométrie particulière de piliers : les piliers doivent en effet présenter une section transversale dont la forme présente au moins une dissymétrie, ce qui leur permet de prendre une orientation privilégiée dans une certaine direction, cette direction devant être inclinée par rapport à la direction principale d'injection (X) et suivre un deuxième angle aigu a2 non nul qui est opposé au premier angle d'orientation du réseau de piliers par rapport à la direction principale d'injection, c'est-à-dire suivant le sens trigonométrique opposé (respectivement négatif ou positif). Sur les figures annexées, l'angle a2 est orienté dans le sens trigonométrique conventionnel négatif.One of the principles of the invention also consists in using a particular form of pillars (P1, P2 or P3), which makes it possible to simultaneously separate up to several tens of particle sizes by a single stage of sorting by DLD. This is allowed thanks to a particular geometry of pillars: the pillars must indeed have a cross section whose shape has at least an asymmetry, which allows them to take a preferred orientation in a certain direction, this direction having to be inclined relative to the main direction of injection (X) and follow a second non-zero acute angle a2 which is opposite to the first angle of orientation of the array of pillars with respect to the main direction of injection, that is to say according to the opposite trigonometric direction (respectively negative or positive). In the appended figures, the angle a2 is oriented in the conventional negative trigonometric direction.
De manière avantageuse, les piliers présentent une section transversale constante sur toute leur hauteur.Advantageously, the pillars have a constant cross section over their entire height.
Chaque pilier présente une section transversale dont la forme est différente de la forme à section circulaire classique.Each pillar has a cross section whose shape is different from the conventional circular section shape.
La section d'un pilier est ainsi choisie de manière à former une surface de déviation pour un flux du fluide qui est injecté dans le système.The section of a pillar is thus chosen so as to form a deflection surface for a flow of the fluid which is injected into the system.
Selon un aspect particulier de l'invention, on définit l'angle d'orientation a2 du pilier par celui qui est présent entre la direction principale d'injection et l'axe (V) qui passe par les deux points les plus éloignés de la section transversale du pilier en suivant une ligne droite. Tous les piliers du réseau seront également orientés de manière identique suivant cet angle a2.According to a particular aspect of the invention, the orientation angle a2 of the pillar is defined by that which is present between the main direction of injection and the axis (V) which passes through the two points furthest from the cross section of the pillar following a straight line. All the pillars of the network will also be oriented identically at this angle a2.
La surface de déviation du flux du pilier est formée par une trajectoire tracée entre ces deux points les plus éloignés de la section transversale du pilier et située dans la zone angulaire présente entre la direction principale d'injection et ledit axe (V), ledit axe (V) étant inclus dans ladite zone angulaire et la direction principale d'injection (X) non incluse dans ladite zone angulaire.The deflection surface of the pillar flow is formed by a path traced between these two points furthest from the cross section of the pillar and located in the angular zone present between the main injection direction and said axis (V), said axis (V) being included in said angular zone and the main direction of injection (X) not included in said angular zone.
Entre les deux points les plus éloignés, la trajectoire peut être rectiligne ou convexe en courbe ou en lignes brisées.Between the two most distant points, the trajectory can be rectilinear or convex in curve or in broken lines.
A titre d'exemple, on a ainsi :As an example, we thus have:
- Si le pilier P1 présente une section transversale en forme d'ellipse, son orientation (angle a2) sera définie par rapport à son axe de symétrie longitudinal (figure 2C) ;- If the pillar P1 has an elliptical cross section, its orientation (angle a2) will be defined relative to its longitudinal axis of symmetry (Figure 2C);
- Si le pilier P2 présente une section transversale en forme de triangle, son orientation (angle a2) sera définie par l'axe qui passe par les deux sommets les plus éloignés du triangle (figure 3B) ;- If the pillar P2 has a cross-section in the shape of a triangle, its orientation (angle a2) will be defined by the axis which passes through the two most distant vertices of the triangle (Figure 3B);
- Si le pilier P3 présente une section transversale en forme d'ailette droite, son orientation (angle a2) sera définie par l'axe qui passe par les deux extrémités de l'ailette (figure 4B) ;- If the pillar P3 has a cross section in the shape of a straight fin, its orientation (angle a2) will be defined by the axis which passes through the two ends of the fin (Figure 4B);
Ces principes pourront s'appliquer quelle que soit la forme de la section transversale du pilier.These principles may apply regardless of the shape of the cross section of the pillar.
Le système comporte en outre plusieurs sorties (OUT) réalisées en parallèle en aval du réseau de piliers. Chaque sortie se présente sous la forme d'un canal distinct et est destinée à recueillir les particules présentant une taille située dans une gamme de tailles spécifique et distincte. Les sorties sont échelonnées de manière à être chacune en vis-à-vis d'un espace inter-piliers. Comme représenté sur la figure 2A, les particules triées se dirigent chacune vers une sortie distincte selon leur taille respective. Certaines sorties peuvent ne pas être utilisées si aucune particule présente dans le fluide ne comporte une taille présente dans la gamme de tailles affectée à la sortie. Sur la figure 2A, la direction d'injection du flux étant horizontale, les particules les plus grosses (5.6pm) sont déviées vers une sortie située en haut du système, tandis que les particules les plus petites (4.4pm) sont déviées vers une sortie située en bas du système. Plusieurs sorties intermédiaires situées entre ces deux sorties extrêmes permettent de récupérer les particules de tailles intermédiaires.The system also includes several outputs (OUT) made in parallel downstream of the pillar network. Each outlet is in the form of a separate channel and is intended to collect particles having a size located in a specific and distinct range of sizes. The exits are staggered so as to be each opposite an inter-pillar space. As shown in FIG. 2A, the sorted particles each head towards a separate outlet according to their respective size. Certain outputs may not be used if no particle present in the fluid has a size present in the range of sizes assigned to the output. In Figure 2A, the direction of injection of the flow being horizontal, the larger particles (5.6pm) are deflected to an outlet located at the top of the system, while the smaller particles (4.4pm) are deflected to a outlet located at the bottom of the system. Several intermediate outlets located between these two extreme outlets make it possible to recover the particles of intermediate sizes.
Selon un aspect particulier de l'invention, le réseau périodique de piliers du système est ainsi défini par les paramètres suivants :According to a particular aspect of the invention, the periodic network of pillars of the system is thus defined by the following parameters:
La première distance inter-piliers Gx ;The first inter-pillar distance Gx;
La deuxième distance inter-piliers Gy ;The second distance between pillars Gy;
Le premier angle d'orientation a1 du réseau ;The first orientation angle a1 of the network;
Le deuxième angle d'orientation a2 individuel de chaque pilier dans le réseau ;The second individual orientation angle a2 of each pillar in the network;
Ces particularités du réseau de piliers du système créent un phénomène d’anisotropie, qui permet une courbure des lignes de courant par les piliers du réseau.These peculiarities of the network of pillars of the system create an anisotropy phenomenon, which allows curvature of the current lines by the pillars of the network.
Grâce à la courbure des lignes de courant, la multi-séparation des particules peut avoir lieu car les particules déviées par le réseau de piliers sont redirigées, à partir d’une certaine position, vers la direction opposée, qui correspond à l’orientation donnée aux piliers (selon le deuxième angle a2 défini ci-dessus). La position de cette redirection au sein du système dépend de la taille des particules et est de plus en plus éloignée de l’entrée IN du système lorsque la taille des particules augmente. La figure 2A illustre ce phénomène. Ce phénomène n’a pas lieu en utilisant des piliers à section transversale circulaire, pour lesquels il n'est pas possible de donner une orientation privilégiée, ou en utilisant des piliers qui seraient orientés suivant un angle a2 qui suit le même sens trigonométrique par rapport à la direction principale d'injection que l'angle a1 qui est donné à l'orientation du réseau.Thanks to the curvature of the current lines, the multi-separation of the particles can take place because the particles deflected by the network of pillars are redirected, from a certain position, towards the opposite direction, which corresponds to the given orientation to the pillars (according to the second angle a2 defined above). The position of this redirection within the system depends on the particle size and is increasingly distant from the IN input of the system when the particle size increases. Figure 2A illustrates this phenomenon. This phenomenon does not take place by using pillars with circular cross section, for which it is not possible to give a preferred orientation, or by using pillars which would be oriented at an angle a2 which follows the same trigonometric direction with respect to to the main direction of injection as the angle a1 which is given to the orientation of the network.
En outre, plus l’anisotropie est importante, plus le phénomène de multiséparation des particules est efficace. L’amplitude de l’anisotropie peut être modulée en changeant l’orientation des piliers et leur espacement, en réglant les paramètres du réseau définis ci-dessus. Il est ainsi possible de trouver l’orientation optimale des piliers du réseau.In addition, the greater the anisotropy, the more effective the phenomenon of multi-separation of the particles. The amplitude of the anisotropy can be modulated by changing the orientation of the pillars and their spacing, by adjusting the network parameters defined above. It is thus possible to find the optimal orientation of the pillars of the network.
A titre d'exemple, une étude numérique a été menée pour connaître l’amplitude de l’anisotropie d'un réseau de piliers à section en ellipse (3pm x 4.5pm), en fonction de deux paramètres :As an example, a numerical study was carried out to determine the amplitude of the anisotropy of a network of pillars with elliptical cross-section (3pm x 4.5pm), as a function of two parameters:
Le deuxième angle a2 définissant l'orientation individuelle des piliers ;The second angle a2 defining the individual orientation of the pillars;
La distance entre piliers (ratio Gx/Gy) ;The distance between pillars (G x / G y ratio);
L’analyse a été effectuée pour deux orientations du réseau de piliers : a2 = 4° (figure 5A) et a2 = 18° (figure 6A). Pour chacune de ces deux orientations, les résultats sont présentés respectivement sur les figures 5B et 6B.The analysis was carried out for two orientations of the pillar network: a2 = 4 ° (Figure 5A) and a2 = 18 ° (Figure 6A). For each of these two orientations, the results are presented respectively in FIGS. 5B and 6B.
Sur ces figures 5B et 6B, on peut voir qu'une anisotropie positive correspond à des lignes de courant courbées dans la direction du réseau (obtenue avec des ellipses orientées vers le haut), tandis qu'une anisotropie négative correspond à des lignes de courant courbées dans la direction opposée au réseau (obtenue avec des ellipses orientées vers le bas). Afin d’obtenir une multi-séparation efficace, on cherche donc à obtenir une anisotropie la plus négative possible. Cette condition est obtenue, dans les deux cas étudiés, pour des piliers orientés à un angle de -45°, et un ratio Gx/Gy proche de 1.In these FIGS. 5B and 6B, it can be seen that a positive anisotropy corresponds to curved current lines in the direction of the network (obtained with ellipses oriented upwards), while a negative anisotropy corresponds to current lines curved in the opposite direction to the network (obtained with ellipses facing downwards). In order to obtain an effective multi-separation, we therefore seek to obtain the most negative anisotropy possible. This condition is obtained, in the two cases studied, for pillars oriented at an angle of -45 °, and a Gx / Gy ratio close to 1.
Bien entendu, pour influer sur l'anisotropie, il est aussi possible de jouer sur la géométrie du pilier, par exemple en choisissant l'une des autres formes exposées cidessus. L’amplitude de l’anisotropie a par exemple été évaluée pour plusieurs autres formes de piliers et comparée à celle obtenue pour des piliers à section en ellipses. L’amplitude de l'anisotropie peut être visuellement évaluée à partir de la trajectoire des lignes de courant au sein du canal à piliers. Plus la courbure des lignes de courant par les piliers est importante, plus l’anisotropie induite par ces piliers est grande, et donc plus le phénomène de multi-séparation est efficace. On peut notamment constater que des piliers à section en forme de triangle ou d’ailette sont tous deux plus anisotropes que des piliers à section en ellipse. Ils peuvent donc encore améliorer la multi-séparation observée avec des piliers à section en ellipse. Les figures 7A, 7B et 7C illustrent ce phénomène. Sur la figure 7A, les piliers sont à section en ellipse, sur la figure 7B, les piliers sont à section en triangle et sur la figure 7C, les piliers sont à section en ailette. Les lignes de courant sont plus courbées dans le réseau de piliers à section en triangle que dans le réseau de piliers à section en ellipse et elles sont encore plus courbées dans le réseau de piliers à section en ailette.Of course, to influence the anisotropy, it is also possible to play on the geometry of the pillar, for example by choosing one of the other forms exposed above. For example, the magnitude of the anisotropy was assessed for several other pillar shapes and compared to that obtained for elliptical section pillars. The magnitude of the anisotropy can be visually assessed from the path of the current lines within the pillar canal. The greater the curvature of the current lines by the pillars, the greater the anisotropy induced by these pillars, and therefore the more effective the phenomenon of multi-separation. In particular, it can be seen that pillars with a triangular or fin section are both more anisotropic than pillars with an elliptical section. They can therefore further improve the multi-separation observed with pillars with elliptical cross-section. Figures 7A, 7B and 7C illustrate this phenomenon. In FIG. 7A, the pillars are in elliptical section, in FIG. 7B, the pillars are in triangle section and in FIG. 7C, the pillars are in fin section. The current lines are more curved in the network of pillars with triangle cross section than in the network of pillars with elliptical section and they are even more curved in the network of pillars with fin section.
Grâce à cette forme et ce principe d'orientation des piliers, il est possible de séparer plus de trois groupes de particules simultanément sur un même étage de tri. Ces résultats sont par exemple présentés sur la figure 2A pour un espacement interpiliers de 6pm, permettant de séparer des particules de 4,4pm à 5,6pm.Thanks to this shape and this principle of orientation of the pillars, it is possible to separate more than three groups of particles simultaneously on the same sorting stage. These results are for example presented in FIG. 2A for an inter-pillar spacing of 6 pm, making it possible to separate particles from 4.4 pm to 5.6 pm.
De plus, le système permet d’effectuer un tri très fin, avec une résolution en tailles de l’ordre de la centaine de nanomètres pour des particules de plusieurs microns. Ce type de tri peut avoir un grand intérêt pour différentes applications, telles que :In addition, the system allows very fine sorting, with a resolution in sizes of the order of a hundred nanometers for particles of several microns. This type of sorting can be of great interest for different applications, such as:
Le contrôle de la synthèse de particules pour lesquelles une monodispersité est requise : une telle solution de particules peut être injectée dans notre dispositif. Avec un système d’analyse adapté (imagerie de fluorescence ; ou collecte des particules en sortie et analyse par dynamic light scattering ou nanoparticle tracking analysis ou suspended micro/nano resonators par exemple), si plusieurs trajectoires sont observées, cela signifie que la solution présente plus d’une taille de particules, l’erreur étant donnée par la résolution du tri associée au dispositif. Plus la solution est poly-disperse, plus les trajectoires des particules observées sont espacées.Control of the synthesis of particles for which monodispersity is required: such a solution of particles can be injected into our device. With a suitable analysis system (fluorescence imaging; or collection of particles at output and analysis by dynamic light scattering or nanoparticle tracking analysis or suspended micro / nano resonators for example), if several trajectories are observed, this means that the solution presents more than one particle size, the error being given by the resolution of the sorting associated with the device. The more poly-dispersed the solution, the more the trajectories of the particles observed are spaced.
La séparation de sous-populations de vésicules extracellulaires : Les vésicules extracellulaires sont des populations de vésicules très hétérogènes (entre 30nm et 1pm). Des résultats préliminaires suggèrent qu’au moins deux groupes de vésicules extracellulaires (les exosomes et les microvésicules) ont des origines différentes et éventuellement des activités biologiques distinctes. Ces deux types de vésicules se distinguent par leurs tailles (exosomes plus petits que microvésicules). Le système de l'invention a donc un très grand intérêt dans ce domaine pour réussir à séparer des sous-populations de vésicules extracellulaires en fonction de leurs tailles et étudier leurs activités biologiques.The separation of subpopulations of extracellular vesicles: Extracellular vesicles are populations of very heterogeneous vesicles (between 30nm and 1pm). Preliminary results suggest that at least two groups of extracellular vesicles (exosomes and microvesicles) have different origins and possibly separate biological activities. These two types of vesicles are distinguished by their sizes (exosomes smaller than microvesicles). The system of the invention therefore has great interest in this field for successfully separating subpopulations of extracellular vesicles according to their sizes and studying their biological activities.
La séparation de virus : les virus, tout comme les vésicules extracellulaires, sont des objets hétérogènes, de tailles généralement comprises entre 10nm et 1μπΊ. Il est donc intéressant de disposer d’un système de tri d’un grand nombre de particules pour isoler et analyser plusieurs types de virus à partir d’un prélèvement sanguin pour des applications de diagnostic par exemple.Separation of viruses: viruses, like extracellular vesicles, are heterogeneous objects, with sizes generally between 10nm and 1μπ tailles. It is therefore interesting to have a sorting system for a large number of particles to isolate and analyze several types of virus from a blood sample for diagnostic applications for example.
Enfin, l’invention présentée ici peut aussi présenter un grand intérêt pour une simple séparation binaire par le principe de DLD. En effet, avec les géométries de piliers traditionnelles, les particules en mode zigzag suivent une trajectoire totalement rectiligne, c’est-à-dire qu’à la sortie du canal, leur position latérale est exactement identique à leur position en entrée du canal. Avec notre géométrie particulière de piliers, on constate que les particules en mode zigzag sont déviées dans le sens contraire à celui suivi par les particules qui sont en mode déplacement. Ainsi, en sortie du canal, la position latérale des particules en mode zigzag est plus basse que leur position à l’entrée du canal. Cela présente l’avantage de mieux séparer les particules en mode zigzag et en mode déplacement, puisqu’elle se trouvent plus éloignées à la sortie du canal. Le risque de contamination dans les canaux de sortie de chaque groupe de particules est donc moins élevé.Finally, the invention presented here can also be of great interest for a simple binary separation by the principle of DLD. Indeed, with the traditional pillar geometries, the particles in zigzag mode follow a completely rectilinear trajectory, that is to say that at the exit of the channel, their lateral position is exactly identical to their position at the entrance of the channel. With our particular geometry of pillars, we see that the particles in zigzag mode are deflected in the opposite direction to that followed by the particles which are in displacement mode. Thus, at the exit of the channel, the lateral position of the particles in zigzag mode is lower than their position at the entrance of the channel. This has the advantage of better separating the particles in zigzag mode and in displacement mode, since they are more distant at the exit of the channel. The risk of contamination in the outlet channels of each group of particles is therefore lower.
En référence à la figure 8, le système de tri de l'invention est par exemple réalisé sous la forme d'une structure multicouches. Une fois assemblées entre elles, les couches forment un ensemble monobloc.With reference to FIG. 8, the sorting system of the invention is for example produced in the form of a multilayer structure. Once assembled together, the layers form a single unit.
Sur la figure 8, la vue étant suivant une coupe transversale, toute la structure fluidique n'est pas rendue visible.In Figure 8, the view being in a cross section, the entire fluid structure is not made visible.
L'échantillon fluidique peut être stocké dans un réservoir. Des tubes de liaison permettent de relier le réservoir à l'entrée IN du système de tri.The fluid sample can be stored in a tank. Connection tubes allow the tank to be connected to the IN input of the sorting system.
Le système comporte ainsi une première plaque 70, par exemple réalisée en silicium ou dans un matériau équivalent, dans laquelle l'entrée (IN) du système, toutes les sorties (OUT) et le réseau de piliers (Px) sont réalisés. La gravure est réalisée par des techniques de micro-technologie. L'entrée et les sorties sont formées par des ouvertures traversantes alors que le réseau de piliers est gravé sur la surface, dite surface supérieure, de la plaque.The system thus comprises a first plate 70, for example made of silicon or an equivalent material, in which the input (IN) of the system, all the outputs (OUT) and the network of pillars (Px) are made. The engraving is carried out by micro-technology techniques. The inlet and the outlet are formed by through openings while the network of pillars is engraved on the surface, called the upper surface, of the plate.
Un capot 71, par exemple en verre est ensuite posé sur la surface supérieure par scellement anodique, permettant de sceller d'un côté le réseau microfluidique du système de tri.A cover 71, for example made of glass, is then placed on the upper surface by anodic sealing, enabling the microfluidic network of the sorting system to be sealed on one side.
Une deuxième plaque 72, par exemple réalisée sous la forme d'une carte en matériau plastique ou en verre est fixée sur la surface inférieure de la première plaqueA second plate 72, for example made in the form of a card made of plastic or glass, is fixed to the lower surface of the first plate
70.70.
L’étanchéité entre la première plaque 70 en silicium et la deuxième plaque 72, par exemple en matériau plastique, est assurée soit par sérigraphie pour contrôler la localisation de colles biocompatibles, soit par encastrement mécanique d’un cadre de maintien dans la carte plastique. Dans ce cas, l’étanchéité au niveau des canaux d’accès fluidiques de la puce est garantie par un joint en silicone.The seal between the first silicon plate 70 and the second plate 72, for example of plastic material, is ensured either by screen printing to control the location of biocompatible adhesives, or by mechanical embedding of a retaining frame in the plastic card. In this case, the seal at the fluid access channels of the chip is guaranteed by a silicone seal.
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| FR3127810A1 (en) | 2021-10-01 | 2023-04-07 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Drop sorting process |
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|---|---|
| FR3078637B1 (en) | 2020-03-13 |
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