Gouttes et émulsions

Abstract

La miniaturisation a été l'une des étapes déterminantes contribuant à l'avancée des technologies. En électronique et en informatique, par exemple, le nombre de transistors par microprocesseur a doublé tous les deux ans depuis 1961 (phénomène connu sous le nom de Loi de Moore) jusqu'à atteindre 1,7 milliards de transistors en 2008 pour l'Intel Itanium, qui fonctionne à 2 GHz, procurant une puissance informatique en croissance continue. En biologie et en médecine, la miniaturisation a été plus limitée : les systèmes robotisés, utilisés dans l'industrie pharmaceutique pour le criblage de composés chimiques en microplaques, ont permis une réduction de la taille des échantillons analysés jusqu'à des volumes de l'ordre du microlitre et des cadences d'environ un test par seconde avec des plaques de microtitration. Mais cette technologie est sur le point d'atteindre ses limites [1]. Les changements d'échelle liés à la diminution des volumes ou à l'augmentation des cadences font apparaître des barriè-res intrinsèques : d'une part, les systèmes mécaniques tels que les robots ne sont pas facilement miniaturisables, et d'autre part, la manipulation des liquides à des échelles submillimétriques (1 μL correspond à une goutte de 1 mm de diamètre) est limitée par l'évaporation relativement rapide des liquides (eau ou solvants) et les effets de surface. Il est donc clair que seul un changement technologique permettra de franchir le pas de la miniaturisation. Nous présentons dans cette revue les progrès récents qui permettent de réaliser des tests biologiques quantitatifs dans des microréacteurs de quelques picoL à quelques nanoL, à un très haut débit (plusieurs milliers de tests par seconde). Ces systèmes sont susceptibles, à terme, d'offrir une alternative robuste et efficace aux tests tels qu'ils sont pratiqués actuellement dans les laboratoires. Ces progrès, que désigne l'appellation « microfluidique en gouttes », sont basés sur le couplage de deux technologies complémentaires : la microfluidique [2] et la compartimentation in vitro [3]. La première permet la manipulation contrôlée de liquides à l'échelle submillimétrique -gouttes d'une émulsion -, la seconde permet de réaliser des tests biologiques dans les gouttes d'une émulsion d'eau-dans-l'huile. La combinaison des deux permet un changement d'échelle majeur dans la miniaturisation des tests, rendant possible la réalisation de tests quantitatifs sur des volumes faibles (quelques pL) et à très haut débit (1 000 par seconde).

Microdroplet-based universal logic gates by electrorheological fluid

“…2(a), we can see seven fluid injection inlets: four for carrier fluid (silicone oil), two for signal fluid (saturate KCl solution) and one for GERF; with the three outlets including two for signal droplets and one for GERF droplets. Conducting pads, numbered from 1 to 10, are embedded for the voltage supply (pads 1, 2, 5, 6), internal connection (pads 3,4,7,8) are reserved for droplet detection (pads 9, 10). The electrodes are connected by said pads and onchip conducting wires, forming an on-chip signal passing way.…”

“…[4][5][6] Those pico-litre droplets are perfectly suitable for micro-synthesis, drug screening, and chemical tracing. [7][8][9][10][11] As a result, large-scale integration and highdensity control unions [12][13][14] are required.…”

Microfluidic PCR Chips

“…In addition, droplets can be produced at a very high frequency within one experiment, so parallel processing is achievable to produce large data sets and offer higher degree of confidence following analyses [58]. Droplet chips serve as an ideal mean to a future generation of high-throughput droplet PCR [60][61][62][63][64].…”

“…Although the development of droplet PCR chips is still in their infancy, they have shown the great potential, particularly for high-throughput PCR [60][61][62][63][64].…”

Soluble compound screening using microfluidic gradients for regenerative medicine research

“…This is realised by either adding valves 32,135 or using droplet-based microfluidics. 136,137 Interestingly, this on-chip compartmentalisation strategy is considered as a promising alternative to robotic fluidic handling.…”