Microtechnologies polymères pour les laboratoires sur puces
Résumé
The invention of µTAS concept (micro total chemical analysis system) in the early nineties introduced fluids in the microsystems world. A lab on chip integrates all the functions of a macroscopic laboratory (handling, mixing, heating liquids, filtering, separating, detecting molecules etc.) on a small surface (typically a few square centimetres). The technological challenge lies on the coupling between a conventional microsystem and a microfluidic network. As silicon and glass processes have been widely used in the nineties, they demonstrated major drawbacks: incompatibility of silicon technologies with high electric fields required for electrophoretic separations and/or electroosmotic pumping, inadequate technologies for large surfaces processing, integration issues in a complete system, high cost of the materials and associated processes, etc. The proposed solution in this thesis consist on directly constructing the microfluidic network above the conventional microsystem in photosensitive resists (SU-8), making easier the integration and allowing 3D structures fabrication with an excellent level to level alignment. Microfluidic characterization tools developed and used during this work are presented. Surface effects becoming essential at this scale, a generic modification strategy of physicochemical properties of SU-8 is proposed and characterized.
Linvention du concept de µTAS (micro total chemical analysis system) au début des années quatre vingt dix a ouvert aux fluides la porte du monde des microsystèmes. Un laboratoire sur puce intègre toutes les fonctions dun laboratoire macroscopique (déplacer, mélanger, chauffer des liquides, filtrer, séparer, détecter des molécules, etc.) sur une petite surface (typiquement quelques centimètres carrés). Le challenge technologique repose sur le couplage entre un microsystème conventionnel et un réseau microfluidique. Si les procédés silicium et verre ont été largement utilisés durant les années quatre vingt dix, ils présentent plusieurs inconvénients rédhibitoires : incompatibilité des technologies silicium avec les forts champs électriques nécessaires pour les séparations électrophorétiques et/ou le pompage électroosmotique, technologies non adaptées pour des grandes surfaces, difficultés dintégration dans un système complet, prix élevé des matériaux et des procédés associés, etc. La solution explorée dans cette thèse consiste à construire directement le réseau microfluidique sur un microsystème conventionnel dans des résines photosensibles (SU-8), ce qui facilite lintégration et autorise la fabrication de structures 3D avec un excellent alignement niveau à niveau. Les outils de caractérisation microfluidique développées et utilisés dans le cadre de ce travail sont présentés. Les effets de surface étant fondamentaux à cette échelle, une stratégie générique de modification des propriétés physicochimiques de la SU-8 est proposée et caractérisée.
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