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Jul 02, 2023

Caractérisation systématique des salles blanches

Microsystems & Nanoengineering volume 8, Numéro d'article : 54 (2022) Citer cet article 2499 Accès 2 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics Les vannes intégrées permettent un contrôle automatisé en microfluidique

Microsystèmes & Nanoingénierie volume 8, Numéro d'article : 54 (2022) Citer cet article

2499 Accès

2 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les vannes intégrées permettent un contrôle automatisé dans les systèmes microfluidiques, car elles peuvent être utilisées à des fins de mélange, de pompage et de compartimentation. Une telle automatisation serait très précieuse pour les applications dans les systèmes d'organes sur puce (OoC). Cependant, les systèmes OoC ont généralement des dimensions de canal de l'ordre de plusieurs centaines de micromètres, ce qui est un ordre de grandeur supérieur à celui des vannes microfluidiques classiques. Le processus de fabrication le plus utilisé pour les vannes en polydiméthylsiloxane (PDMS) intégrées et normalement ouvertes nécessite une résine photosensible de refusion qui limite la hauteur de canal réalisable. De plus, les faibles volumes de course de ces vannes rendent difficile l'obtention de débits de microlitres par minute, généralement requis dans les systèmes OoC. Nous présentons ici une « macrovalve » mécanique fabriquée par lithographie douce multicouche à l’aide de moules directs micro-usinés. Nous démontrons que ces vannes peuvent fermer des canaux arrondis allant jusqu'à 700 µm de haut et 1 000 µm de large. De plus, nous avons utilisé ces macrovalves pour créer une pompe péristaltique avec un débit de pompage allant jusqu'à 48 µL/min et un dispositif de mélange et de dosage capable de réaliser le mélange complet d'un volume de 6,4 µL en seulement 17 s. Une première expérience de culture cellulaire a démontré qu’un dispositif doté de macrovalves intégrées est biocompatible et permet la culture cellulaire de cellules endothéliales sur plusieurs jours sous perfusion continue et rafraîchissement automatisé du milieu.

Les organes sur puces (OoC) sont communément définis comme des dispositifs de culture cellulaire microfluidique contenant deux canaux parallèles adressables indépendamment et séparés par une membrane poreuse. Différents types de cellules peuvent être cultivés des deux côtés de la membrane, ce qui donne lieu à une interface tissu-tissu complexe et spécifique à un organe1,2. Les dispositifs OoC sont considérés comme une alternative puissante aux modèles conventionnels in vitro et animaux3. Cependant, réaliser des expériences de culture cellulaire sur puce n’est pas anodin. Les OoC peuvent demander beaucoup de travail et être difficiles à utiliser, car elles nécessitent une expérience en microfluidique et en culture cellulaire4,5.

Pour traduire les OoC des dispositifs de preuve de concept en systèmes commerciaux, par exemple pour le dépistage de médicaments et la médecine personnalisée, il est crucial que les systèmes OoC aient un débit plus élevé. Les OoC multiplexés constituent une approche prometteuse pour augmenter le débit des expériences OoC5,6. Au cours des dernières années, plusieurs systèmes microfluidiques ont été présentés avec un niveau de parallélisation ou de débit plus élevé, mais chacun d'entre eux présente ses propres inconvénients. Par exemple, Mimetas OrganoPlate® est un système comprenant 40 à 96 puits de culture indépendants ou OoC7. Cependant, le remplissage de chaque puce individuelle nécessite de nombreuses étapes de pipetage, la zone de culture cellulaire est petite et la configuration nécessite l’utilisation d’un hydrogel (comme barrière semi-perméable et/ou comme substrat cellulaire). Zakharova et coll. a montré un exemple de conception avec une entrée commune et huit sorties parallèles qui peuvent être utilisées pour atteindre des niveaux de débit plus élevés, mais de nombreuses manipulations manuelles sont encore nécessaires8.

Les systèmes avec vannes microfluidiques intégrées sont souvent utilisés pour réduire le besoin de manipulation manuelle des liquides, comme ceux présentés par Vollertsen et al.9,10. Ces systèmes utilisent souvent des vannes intégrées normalement ouvertes11, car les vannes sont à la fois faciles à fabriquer et ont un faible encombrement par rapport à la largeur des canaux par rapport à celles des vannes normalement fermées12,13. En 2000, Unger et coll. a présenté une vanne PDMS normalement ouverte qui est actuellement souvent utilisée, également connue sous le nom de vannes de type Quake12. Ces microvannes constituent un outil essentiel pour le contrôle automatisé en microfluidique, car elles peuvent être utilisées à des fins de mélange, de pompage et de multiplexage dans une large gamme d'applications9,10,14,15. Bien que ces systèmes d’intégration microfluidique à grande échelle (mLSI) permettent un débit plus élevé, ils ne sont pas compatibles avec les grandes dimensions de canaux nécessaires pour accueillir les cultures cellulaires pertinentes dans les OoC.