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Alternatives au PDMS : La microfluidique pour l’étude de la
cristallisation
Sébastien Teychené
LGC – INP
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La procédé de cristallisation
GOOD
BAD UGLY
THE THE AND THE
CONTRAINTES LIES AU PROCEDE DE CRISTALLISATION: • CHIMIQUES : SOLVANT (ORGANIQUE – ACIDE – BASE)
• PHYSIQUES : TEMPERATURE – PRESSION • TEMPORELLE : DE LA MILLISECONDE A LA SEMAINE…
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Crystal Nucleation Frequency
Teychené S. et al. CGD, 2011 Laval P.et al. langmuir, 2009 Akela et al. CGD, 2014
Salt : KNO3 Protein : Lyzosyme Drug : Eflucimibe
Store Count and detect
Akela et al. CGD, 2014
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Puces microfluidiques
• Résistance aux solvants (type alcool, cétone, alcane) • Peu de perméabilité à l’eau • Pouvant être « hybride » • Bonne résolution
Thiolènes natifs ou couplés avec des polymères époxy
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Microfluidic Stickers: NOA 81
D. Bartolo, G. Degre, P. Nghe, and V. Studer, “Microfluidic stickers,” Lab Chip, vol. 8, no. 2, pp. 274–279, 2008.
Traitement surface : • Silanisation en voie liquide ou vapeur
• Revêtement de polymère
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Microfluidic for Fast Nucleation
Store Reactant 1
Perfl
uoro
us O
il
Reactant 2
Droplets Generation & Synchronization Coalescence Mixing Nucleation & Growth
1
2
3
3
1
4
5
Nd(NO3)3, HNO3
H2C2O4
Vitry Y. et al.Chem. Eng. Sci. 2015
P0 (t) =N0
Nt
= exp(-JVt)
Þ J = 1.1×1013m-3.s-1
Réaction de précipitation : Phase continue : TPH (Tétra Propylène Hydrogéné)
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« Micro-molding » OSTEMER
2nd Cure 95°C – 1h
UV @365nm E=1J/cm² UV @365nm E=1J/cm²
T = 110°C for 1 – 2H
C. F. Carlborg, et al., Lab Chip, 11(18), 3136–3147, 2011.
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Tunable Surface properties
Chemical grafting (before 2d cure)
Deposition of polymer and melting (after 2d cure) Novec 1720 (3M)
Native Polymer Hydrophobic coating
“It is a clear, low viscosity, low surface tension solution of a 0.1 wt% fluorosilane polymer carried in a hydrofluoroether solvent.”
~70° ~110°
OSTEMER OSTEMER + Novec
UV @365nm E=1,5J/cm²
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Lysozyme Crystal Nucleation on Chip
Salt
Salt
Protein
Oil
Mixing zone Storage zone (500- 600 droplets)
Volume : 31nl (±1nl)
Temperature variation: < 0.1 °C
70 000 droplets analysed for each exp.
Vanne « capillaire »
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Observations…
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T = 110°C for 1 – 2H
RIM : Reactive Injection molding
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SAXS : Crystal Nucleation on chip
Xrays
30
0µ
m
D. Radajewski et al., IUCr 2017
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Protein solution
Agarose plug
Precipitant agent
Protein (maximum observed resolution, Å)
Chip Lysozyme Thaumatin Glucose Isomerase Lipase TL
Kapton 1,10 1,3 0,94
Millar 1,12 1,18 0,99
COC (REF) 1,82
Chips for protein crystallography
J.A. Gavira, CSIC Granada, Spain & I Rodriguez Ruiz CEA, Marcoule
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High Pressure Applications
Gaz Flow – Pressure testing
Multiphase flow @60bar
CO2 Taylor bubbles formation in EtOH (@60 bar, 40 °C) CO2 gas bubbles forming in liquid CO2 (@60 bar, 22°C)
A Martin et al. Micro Nanofluidics 2016
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Résumé - Conclusion
POLYMERE (OSTEMER et NOA) Résistants aux solvants (alcanes, alcools, acides,bases…) Faible perméabilité Faible Retrait lors de la réticulation(de 0 à 2% max)
MISE EN OEUVRE Techniques rapides a mettre en œuvre (mais plus delicate que le PDMS) Pas de salle blanche Investissement initial peu onéreux (à partir de 1 -2k€) Prix du polymère : OSTEMER : 900€/kg
PAR RAPPORT AU PDMS Possibilité de fabriquer des puces hybrides Possibilité d’ajuster les propriétés de surface (jamais testé)