DISPOSITIF .

La présente invention est relative aux dispositifs micro-fluidiques et aux appareils comprenant de tels dispositifs .

Un exemple de tel appareil est un appareil d ' électrophorèse .

Le principe de 1 ' électrophorèse repose sur la migration d'espèces porteuses d'une charge électrique globale qui se déplacent sous l'action d'un champ électrique généré par l'application d'une différence de potentiel appliquée de part et d'autre d'une membrane percée d'un passage de dimensions transverses nanométriques .

De tels procédés ont notamment été mis en œuvre en utilisant des membranes biologiques. Toutefois, à cause des problèmes intrinsèques à l'utilisation de telles membranes biologiques, on cherche de plus en plus à avoir recours, si possible, à une membrane munie d'un passage artificiel (ou membrane « synthétique ») .

Le document B. Schiedt et al. intitulé « Direct FIB fabrication and intégration of 'single nanopore devices' for the manipulation of macromolecules », Microelectron . Eng. (2010), doi : 10.1016/ .mee .2009.12.073 décrit un exemple d'un tel appareil. Un événement, tel la migration d'une macromolécule de la solution au travers d'un pore, est détecté par une chute du courant détecté par le système de lecture (Fig. 3b et 3c de ce document - cf Fig. 2a de la présente demande) .

A l'heure actuelle, la seule information que l'on sait obtenir à l'aide d'une telle installation est une information de type binaire : migration ou non de la macromolécule à travers le nanopore.

On cherche à améliorer la détection des événements. A cet effet, selon l'invention, on prévoit un dispositif micro-fluidique comprenant un corps et un feuillet couvrant,

le corps comprenant une portion de base comportant une surface extérieure, un fond de canal s 'étendant selon une direction longitudinale principale étant formé dans la portion de base) au niveau de la surface extérieure, le fond de canal étant formé par faisceau d'ion focalisé,

le feuillet couvrant étant assemblé à la portion de base en recouvrant au moins partiellement le fond de canal, formant ainsi un canal.

Grâce à ces dispositions, on augmente la détectabilité de la macro-molécule au niveau du passage, ce qui peut être utile pour plusieurs types d'applications.

Dans des modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :

le feuillet couvrant comprend une couche électriquement conductrice et/ou une couche électriquement isolante, par exemple une superposition d'une couche électriquement conductrice et d'une couche électriquement isolante, notamment dans lequel une couche du feuillet comprend, notamment est constitué de, graphène, nitrure de bore (h-BN) ou disulfure de molybdène (M0S ₂ ) ;

- le corps comprend, notamment est constitué de silicium, ou d'un oxyde, carbure ou nitrure de silicium ;

le dispositif micro-fluidique comprend en outre au moins une électrode disposée au moins partiellement au voisinage du canal ;

- le dispositif micro-fluidique comprend une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie toutes deux en communication fluidique avec le canal ;

l'extrémité d'entrée et/ou l'extrémité de sortie fait partie d'un pore traversant le corps débouchant dans le canal et s 'étendant selon la direction d'épaisseur ; le canal débouche dans un compartiment d'entrée et/ou de sortie, ménagé dans le corps ;

- le feuillet couvrant recouvre le compartiment d'entrée et/ou de sortie ;

- la profondeur et/ou la largeur du canal varient le long de la direction longitudinale principale ;

- le corps est un corps mince, d'épaisseur inférieure à 10 microns ;

un fond de cuvette est formé dans la portion de base au niveau de la surface extérieure, le fond de cuvette étant formé par faisceau d'ion focalisé,

Le feuillet couvrant étant assemblé à la portion de base en recouvrant au moins partiellement le fond de cuvette, formant ainsi une cuvette en communication fluidique avec le canal.

Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un appareil comprenant :

- un réservoir adapté pour recevoir une solution électriquement conductrice,

- un tel dispositif micro-fluidique plongé dans le réservoir, et séparant le réservoir en un premier et un deuxième compartiments, le canal étant en communication fluide avec les premier et deuxième compartiments pour permettre une communication fluide entre les premier et deuxième compartiments,

- un système de transport adapté pour générer un déplacement de la solution dans le réservoir quand celui-ci contient la solution,

un système de caractérisâtion des espèces contenues dans le réservoir.

Dans des modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et /ou à l'autre des dispositions suivantes :

le système de transport comprend un système électrique adapté pour appliquer un champ électrique dans le réservoir quand celui-ci contient la solution,

le système de caractérisâtion comprend un système de lecture du champ électrique dans le réservoir ;

l'appareil comprend en outre un système de modulation d'un champ électrique présent dans le canal ;

le système électrique comprend une première et une deuxième électrodes disposées respectivement dans le premier et le deuxième compartiments, entre lesquelles est appliqué le champ électrique,

le système de modulation comprend lesdites première et deuxième électrodes réversibles, et un système d'inversion adapté pour inverser la polarité d'un champ électrique appliqué entre les deux électrodes ;

le système de modulation comprend un jeu d'électrodes locales comprenant au moins ladite électrode, et un générateur adapté pour faire appliquer un champ électrique local au niveau du canal via ledit jeu d'au moins une électrode locale ;

l'appareil comprend en outre un système de lecture optique adapté pour prendre une image du canal.

l'appareil comprend au moins l'une des dispositions suivantes :

le dispositif micro-fluidique (7) comporte un unique passage,

- la solution comporte une concentration importante en soluté, et une concentration faible en particules (27), les particules étant potentiellement identiques, voire une particule unique, la dimension transverse des particules pouvant être comprise entre 0.5 et 0.9 fois la dimension transverse du canal.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de sept de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins :

la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un appareil selon un premier mode de réalisation, utilisé avec une première polarité ;

- la figure la est une vue correspondant à la figure 1 pour le même appareil utilisé selon une deuxième polarité,

- la figure 2a est un graphique montrant l'intensité du courant ionique circulant entre les deux électrodes, et mesurée avec l'appareil de la figure 1 en fonction du temps,

la figure 2b est un schéma explicatif montrant un exemple simplifié d'un tel graphe, et représentant schématiquement la migration d'une macromolécule à travers le passage en deux instants distants et bouchant ainsi le passage de deux manières différentes,

- la figure 3a est une vue schématique macroscopique en coupe d'une partie de membrane pour l'appareil selon le premier mode de réalisation,

- les figures 3b à 3g sont des vues schématiques microscopiques montrant différentes étapes successives de fabrication du feuillet équipant la membrane,

la figure 3h est un grossissement (partie Illh) de la figure 3a,

- la figure 3i est une vue schématique de dessus d'une variante de réalisation,

- la figure 3j est une vue schématique en coupe d'une variante de réalisation,

la figure 4 est une vue schématique d'une partie de membrane selon un deuxième mode de réalisation,

les figures 4a et 4b sont des vues en coupe partielle dans le même plan de coupe que la figure 3h, pour deux variantes de réalisation à électrode intégrée,

les figures 5, 6 et 7 sont des vues correspondant à la figure 4 pour, respectivement, des quatrième, cinquième et sixième mode de réalisation de

1 ' invention,

la figure 8 est une vue de dessus de la membrane selon un septième mode de réalisation,

- la figure 9 est une vue schématique d'un appareil de fabrication d'une telle membrane,

la figure 10 présente une variante de réalisation de la figure 1,

la figure 11 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de la lamelle,

la figure 12 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de la lamelle, et

les figures 13a et 13b sont des vues en perspective de la face inférieure de la lamelle.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

La figure 1 représente schématiquement un appareil d ' électrophorèse 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Un tel appareil présente une partie instrumentale 2 ainsi qu'un dispositif informatique 3 qui y est relié. Le dispositif informatique 3 peut agir principalement pour :

commander des instruments de la partie instrumentale 2 et/ou,

- recevoir des données de la partie instrumentale

2.

Le dispositif informatique 3 comporte classiquement une unité centrale 4 comprenant un processeur adapté pour exécuter des programmes, des mémoires vives ou mortes, ... . Il comprend également des interfaces avec un utilisateur tel qu'un clavier 5a, une souris 5b et/ou un écran 5c.

Le dispositif instrumental 2 comporte un réservoir 6 contenant un fluide adapté pour mettre en œuvre une électrophorèse dans le réservoir 6. Un tel fluide est par exemple une solution liquide.

La solution comprend par exemple des anions et des cations d'un même sel, en concentration élevée, et des particules en concentration faible. Les particules sont des objets de dimension au moins cent fois supérieures aux ions de la solution, et largement inférieure au micron (par exemple inférieure à 100 nm, voire à 10 nm) . A titre d'exemple de particules, on prévoit par exemple des colloïdes, des macromolécules, on peut citer les molécules d'ADN, d'ARN, des protéines, des polysaccharides, ou autres. On prévoit, dans la solution, une concentration faible de macromolécules qui, selon les applications, peuvent être différentes les unes des autres ou identiques entre elles. La concentration la plus faible envisagée est de disposer d'une unique telle macromolécule dans la solution .

On dispose dans le réservoir 6 une membrane 7 séparant le réservoir 6 en deux compartiments 6a, 6b. La membrane 7 est fournie dans le réservoir 6 de manière à ce que les échanges fluidiques entre le premier et le deuxième compartiment puissent se faire uniquement par l'intermédiaire de passages 8 de la membrane 7. Selon les applications, on prévoit un ou plusieurs passages 8 disposés dans la membrane 7. La membrane 7 est une membrane synthétique, ou artificielle, c'est-à-dire fabriquée, par opposition aux membranes poreuses biologiques connues. Sur la figure 1, un unique passage 8 est représenté schématiquement . La fabrication de la membrane 7 sera expliquée ci-après.

Les figures 3a (macroscopique) et 3h

(microscopique) donnent un exemple de la membrane synthétique utilisée pour le premier mode de réalisation ci-dessus. Celle-ci comporte classiquement une base rigide 22 qui peut être fixée en place à la position appropriée dans le réservoir et contribue à la rigidité mécanique de la membrane. Cette base 22 est munie d'un trou 23 qui fait par exemple quelques microns de diamètre dans le plan X-Y transversal à la direction macroscopique de déplacement Z de la macromolécule entre les deux compartiments 6a, 6b. Le trou 23 est recouvert d'une fine lamelle 24 fixée à la base 22 de toute manière appropriée pour empêcher le passage d'espèces au niveau de la fixation. La lamelle 24 est par exemple tendue légèrement. La lamelle 24 est munie d'au moins un passage 8.

La figure 3h décrit un grossissement de la lamelle

24 au niveau du passage 8.

La lamelle 24 comprend un corps 61. Le corps 61 est par exemple réalisé à partir d'un matériau sensiblement rigide de tout type approprié, tel que, notamment, du silicium, Si02, SiC ou SiN. Le corps 61 présente une épaisseur inférieure au micron, par exemple de l'ordre de 0,1 micron. Le corps 61 peut être translucide, dans des applications mettant en oeuvre une détection optique.

Le corps 61 comprend une portion de base 62 comprenant deux surfaces extérieures opposées 62a, 62b. Un pore 78 s'étend entre les surfaces extérieures opposées 62a, 62b.

Un fond de canal 63 s'étend selon une direction longitudinale principale X en étant formé dans la portion de base 62 au niveau de la surface extérieure 62b. Le fond de canal 63 présente une largeur de l'ordre de ou inférieure à un tiers de l'épaisseur de la lamelle 24, par exemple de l'ordre de ou inférieure à un dixième de l'épaisseur de la lamelle 24.

Le fond de canal 63 débouche dans le pore 78.

Le fond de canal 63 peut déboucher dans un fond de cuvette 73. Le fond de cuvette 73 présente toute forme appropriée. Il est formé dans la portion de base 62 au niveau de la surface extérieure 62b. Le fond de cuvette 73 présente une largeur supérieure à la largeur du fond de canal 63. Cette largeur peut être d'au moins deux fois la largeur du fond de canal 63.

La lamelle 24 comporte également un feuillet couvrant 64 assemblé au corps 61.

Le feuillet couvrant 64 est assemblé à la portion de base 62 en recouvrant au moins partiellement la surface extérieure 62b, et notamment en recouvrant au moins partiellement le pore 78, le fond de canal 63 et le fond de cuvette 73. Le pore 78 est bouché d'un côté par le feuillet 64. Le fond de canal 63 et le feuillet couvrant 64 forment ainsi ensemble un canal (ou fossé) 65 fermé. Une profondeur p du canal est de l'ordre de la largeur du fond de canal 63 selon une direction de profondeur Z transversale aux directions longitudinale principale X et de largeur Y. Le canal 65 présente une profondeur de l'ordre de ou inférieure à un tiers de l'épaisseur de la lamelle 24, par exemple de l'ordre de ou inférieure à un dixième de l'épaisseur de la lamelle 24. Cette profondeur est par exemple inférieure à 0,5 micromètres selon la direction de profondeur.

Le fond de cuvette 73 et le feuillet couvrant 64 forment ainsi ensemble une cuvette 74 couverte. La cuvette 74 est en communication fluidique avec le canal 65 au niveau d'un débouché 75. Une profondeur p de la cuvette est supérieure à la profondeur du canal 65 selon la direction de profondeur Z transversale aux directions longitudinale principale X et de largeur Y. La cuvette 74 présente une profondeur de l'ordre de ou inférieure à la moitié de l'épaisseur de la lamelle 24, par exemple de l'ordre de ou inférieure à un dixième de l'épaisseur de la lamelle 24. La cuvette 74 présente une profondeur de l'ordre de ou supérieure à 1,2 fois la profondeur du canal 65. Cette profondeur est par exemple inférieure à 0,5 micromètres selon la direction de profondeur.

Le feuillet 64 de recouvrement comprend, notamment est constitué de, graphène, nitrure de bore (BN) ou disulfure de molybdène (M0S ₂ ) . Le feuillet 64 peut être d'épaisseur faible, notamment inférieur au nanomètre, ce qui permet d'y réaliser facilement une ouverture traversante ou pore 68. Le feuillet est par exemple réalisé comme un cristal bidimensionnel, d'épaisseur atomique.

La lamelle 24 comporte une extrémité d'entrée 66 et une extrémité de sortie 67. Les termes d'« entrée » et « sortie » sont utilisés par référence à l'orientation de la lamelle 24 dans le réservoir selon le présent exemple de réalisation, mais sont illustratifs seulement, car la lamelle 24 pourrait alternativement être utilisé pour un déplacement de molécules dans le sens opposé. Les extrémités d'entrée et de sortie 66, 67, sont en communication fluidique d'une part avec le canal 65 et d'autre part, respectivement, avec le premier compartiment et le deuxième compartiment. Notamment, le feuillet 64 comporte un pore ou ouverture traversante 68 débouchant dans la cuvette 74 et comportant l'extrémité de sortie 67. Le corps 61 comporte le pore 78 débouchant dans le canal 65 et comportant l'extrémité d'entrée 66. Le pore 78 et le pore 68 sont décalés l'un de l'autre dans le plan X-Y, l'extrémité d'entrée 66 et l'extrémité de sortie 67 sont décalées l'une de l'autre dans le plan X-Y. Ainsi, le passage 8 comprend une première portion, correspondant sensiblement au pore 78, et s 'étendant selon la direction Z, une deuxième portion, correspondant sensiblement au canal 65 et à la cuvette 74, s 'étendant dans le plan X-Y, et une troisième portion, correspondant sensiblement à au pore 68, et s 'étendant selon la direction Z.

Le passage 8 présente une dimension transverse D (c'est-à-dire la dimension transverse de sa portion la plus étroite) de l'ordre de la dimension de la macromolécule sujette à 1 'électrophorèse, en étant légèrement supérieure à cette dimension transverse de molécule. Ainsi, selon le type de macromolécule à étudier, on pourra réaliser différents types de membrane, présentant des passages de dimensions transverses D différentes. La dimension D est par exemple choisie de sorte que la dimension transverse de la macromolécule soit comprise entre 0,5 et 0,9 fois la dimension transverse D du passage. La dimension D est par exemple de l'ordre de 25 nanomètres ou moins, voire inférieure à 10 nanomètres ou moins. La dimension choisie dépend de la taille des macromolécules à étudier. L'épaisseur du canal 65 est par exemple de l'ordre de grandeur de la dimension D. En variante, il peut être de l'ordre de grandeur de quelques fois D.

Un passage 8 d'une telle dimension peut être réalisé par une technique de faisceau d'ions focalisés par exemple.

Les figures 3b à 3h illustrent un exemple de procédé de formation de la lamelle 24.

Comme représenté sur la figure 3b, on part d'un corps 61 plein et intègre.

Par faisceau d'ion focalisé (figure 3c), on réalise dans le corps 61 un trou traversant 69 s 'étendant selon la direction Z, et destiné à former le pore 78.

Par faisceau d'ion focalisé (figure 3d) , on réalise dans le corps 61 un fond de canal 63 dans la surface extérieure 62b, s 'étendant selon les directions X et/ou Y à partir du trou traversant 69. Il suffit pour cela de réduire le temps d'exposition au faisceau du corps 61, tout en imposant un mouvement relatif au corps 61 et au faisceau selon le dessin souhaité pour le fond de canal 63. La longueur et la géométrie du fond de canal 63 peuvent être choisies en fonction de l'application. La longueur du fond de canal est au moins de l'ordre de la longueur de la macro-molécule .

Par faisceau d'ion focalisé (figure 3e), on réalise dans le corps 61 un fond de cuvette 73 dans la surface extérieure 62b, débouchant dans le fond de canal 63. Il suffit pour cela d'augmenter le temps d'exposition au faisceau du corps 61, tout en imposant un mouvement relatif au corps 61 et au faisceau selon la forme souhaitée pour le fond de cuvette 73. La longueur et la géométrie du fond de cuvette 73 peuvent être choisies en fonction de 1 ' application .

Puis (figure 3f ) , on assemble le feuillet couvrant 64 au corps 61, au niveau de la surface extérieure 62b, fermant ainsi le canal 65 et la cuvette 74.

Ensuite (figure 3g) , on perce le feuillet 64 au niveau de la cuvette 74, formant ainsi le pore 68. Ce perçage peut être fait par faisceau d'ion focalisé, en visant à réaliser un perçage aussi petit que possible, tout en restant suffisamment grand pour laisser passer la macro ^¬ molécule. Le temps d'exposition de la lamelle 24 au faisceau est réduit, de manière à garantir de ne pas mettre en œuvre un perçage traversant du corps 61 dans cette étape. Si la cuvette 74 est de dimensions suffisamment importantes, il n'est pas utile d'avoir une précision très importante en ce qui concerne le positionnement de cette étape de perçage. Il suffit que le pore 68 soit réalisé de manière à déboucher dans la cuvette 74.

On décrit ci-dessous une mise en œuvre possible du dispositif micro-fluidique qui vient d'être décrit. Il s'agit d'une mise en œuvre dans le cadre d'une électrophorèse .

On dispose dans le premier compartiment 6a une première électrode 9a et on dispose dans le deuxième compartiment 6b une deuxième électrode 9b. Les première et deuxième électrodes 9a, 9b font partie d'un système électrique 10 adapté pour générer un champ électrique dans le réservoir 6 quand celui-ci contient la solution. Le système électrique 10 comprend un générateur électrique 11 relié par un pôle à chacune des électrodes 9a, 9b. Le générateur électrique 11 permet d'appliquer une différence de potentiel entre les électrodes 9a et 9b.

On dispose également d'un système de lecture 12.

11 s'agit par exemple d'un ampèremètre branché en série entre un des pôles du générateur 11 et l'électrode correspondante. Le système de lecture 12 est relié au dispositif informatique 3, qui enregistre l'intensité du courant électrique circulant dans le circuit.

Le mode de réalisation qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. Comme représenté sur la figure 1, le générateur 11 applique une différence de potentiel entre les électrodes 9a et 9b, ce qui génère un champ électrique dans la solution à l'intérieur du réservoir. On peut par exemple prévoir que, au début de l'expérience, les macromolécules sont toutes disposées dans un compartiment donné tel que, par exemple, le premier compartiment 6a. On peut connaître par avance la charge globale de la macromolécule, ce qui permet d'appliquer un champ électrique tel que celle-ci sera attirée par la deuxième électrode 9b, et devra par conséquent passer à travers le passage 8.

Comme représenté sur la figure 2a, pour une différence de potentiel V donnée appliquée par le générateur électrique 11, l'ampèremètre détecte un courant électrique I en fonction du temps t. Le courant électrique est par exemple de l'ordre de 10 nano-Ampères (nA) . Au bruit de mesure près, le courant mesuré est relativement constant à part un événement 15 visible représenté par une chute de la valeur du courant. On notera le caractère infinitésimal de cette chute (environ 0,4 nA) , ainsi que sa durée brève (inférieure à 0,1 seconde, généralement quelques milli-secondes ) . On utilise donc des ampèremètres

12 capables de détecter de si faibles niveaux de signal, et des générateurs capables de générer des tensions suffisamment constantes pour qu'une telle différence soit détectable .

Il est communément admis que cet événement correspond à la migration d'une macromolécule au travers du passage. Une explication plausible de ce phénomène est que la macromolécule, pendant sa migration à travers le passage, bouche sensiblement celui-ci, et empêche par conséquent le libre écoulement des autres ions de la solution, comme il avait lieu avant l'entrée de la macromolécule dans le passage. Il en résulte une résistance électrique accrue de la solution et, par conséquent, pour un niveau de tension donné, une chute du courant I.

La figure 2b illustre très schématiquement ce phénomène pour une fibre de chromatine. Sur la fenêtre de gauche, un lien 16 de faible épaisseur disposé entre deux amas 17a, 17b plus épais passe à travers le passage 8 sans sensiblement modifier la valeur du courant électrique mesuré par rapport au niveau de référence (plateau 18 du graphe I(t) mesuré), alors que le passage de l'amas 17b entraîne la chute du courant (plateau 19 dudit graphe) . Le passage d'un amas 17c de taille intermédiaire pourrait correspondre à une intensité intermédiaire entre les plateaux 18 et 19 (plateau 20) . Le graphe de la figure 2b est représenté sans échelle.

Selon un mode de réalisation, on applique un champ électrique, et on détecte la migration de la macromolécule à travers le passage 8 comme expliqué ci-dessus. La longueur du passage 8 étant plus importante que lorsque celui-ci est réalisé essentiellement de manière transversale à la lamelle, la durée pendant laquelle on détecte un courant électrique comme expliqué ci-dessus en relation avec les figures 2a et 2b est plus longue. Par conséquent, on obtient plus d'information quant à la migration de la macromolécule à travers le passage 8.

Selon un mode de réalisation, il est prévu en outre un système de modulation 13 du champ électrique. Dans ce mode de réalisation, le système de modulation 13 est un système de modulation globale. Il permet d'influer sur le champ électrique dans tout le réservoir. Il comporte d'une part la caractéristique selon laquelle les électrodes 9a et 9b sont réversibles. Un exemple de telles électrodes est par exemple un couple d'électrodes en Ag/AgCl.

Selon ce mode de réalisation, le système de modulation comprend également un inverseur 14 adapté pour inverser la polarité du générateur électrique 11. L'inverseur 14 est également relié au dispositif informatique 3, qui peut commander l'inversion en question.

Lorsque l'unité centrale 4 détecte qu'un événement a lieu (elle mesure par exemple si une durée, pendant laquelle le courant mesuré est inférieur d'un certain seuil par rapport au courant de référence, est supérieure à un certain seuil de temps), il peut commander à l'inverseur 14 d'inverser la polarité appliquée par le générateur 11, tel que représenté sur la figure la. L'inversion du potentiel appliqué par le générateur 11 à un instant t± va engendrer l'inversion du champ électrique à l'intérieur du réservoir 6, de sorte que la macromolécule 27 va désormais être attirée par l'électrode 9a. Le système de modulation est donc activé par le système de lecture.

Comme cela est visible sur la figure 2a, on va alors détecter un deuxième événement 21 qui peut, comme représenté, être symétrique par rapport à l'événement 15 si la macromolécule n'a pas eu le temps de se retourner.

En répétant le même procédé un grand nombre de fois, on va donc obtenir de nombreuses lectures correspondant aux migrations de la macromolécule à travers le passage. Ces différentes lectures peuvent être additionnées par l'unité centrale 4, afin d'augmenter le rapport signal/bruit de la mesure de courant. On utilise un inverseur permettant de mettre en œuvre une telle inversion présentant des phénomènes transitoires pendant un temps suffisamment bref à l'échelle du temps de migration de la macromolécule dans le passage. Ce procédé est particulièrement intéressant si une unique macromolécule est présente dans la solution.

Dans l'exemple de réalisation ci-dessus, on attend la fin de la migration de la macromolécule à travers le passage pour procéder à l'inversion. En variante, on pourrait ne pas procéder ainsi, mais procéder à une inversion systématique avant la fin de la migration de la macromolécule à travers le passage, dans un sens comme dans l'autre. En procédant ainsi, le temps d'expérience serait fortement diminué, puisque la macromolécule serait en permanence présente dans le passage. Toutefois, on pourrait n'obtenir que très peu informations sur les extrémités de la macromolécule. En procédant ainsi, on pourrait utiliser une solution comprenant plusieurs macromolécules, le cas échéant différentes, qui seraient analysées tour à tour.

Selon la présente invention, on a réalisé un passage 8 de grande longueur, ce qui permet d'augmenter le temps de présence de la macro-molécule dans le passage, sans augmenter l'épaisseur de la membrane. De plus, une majeure partie de ce passage 8 est réalisée en surface, la macro-molécule est donc facilement accessible pour être détectée (le feuillet 64 est notamment transparent à un certain nombre de rayonnements, notamment translucide, permettant ainsi une détection optique de la macro ^¬ molécule) .

Ces avantages sont également présents dans le cas où le procédé d ' électrophorèse ne met en œuvre aucune inversion.

En variante le canal 65 pourrait ne pas être profilé (c'est-à-dire de section transversale constante). Comme représenté sur les figures 3i et 3 , en variante, la largeur 1 du canal pourrait varier selon la direction longitudinale de celui-ci. En variante ou en complément, la profondeur p du canal pourrait varier selon la direction longitudinale de celui-ci. Ces variations dimensionnelles peuvent être obtenues par des ajustements du faisceau d'ion focalisé lors de l'étape de réalisation du fond de canal (figure 3d) .

Les canaux représentés ci-dessus sont longitudinaux selon la direction X. Toutefois, on pourrait envisager toute géométrie dans le plan X-Y.

Un deuxième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en relation avec la figure 1 et la figure 4. L'appareil correspond sensiblement à l'appareil représenté sur la figure 1, à la différence que le système de modulation 13 du second mode de réalisation ne comprend pas l'inverseur 14 de la figure 1, ni le fait que les électrodes 9a et 9b sont réalisées réversibles. Selon le second mode de réalisation, le système de modulation 13 du champ électrique dans le réservoir est un système de modulation local. Il permet d'influer localement au niveau du passage sur le champ électrique présent dans le canal 65. Il comprend une électrode locale 25 disposée sur la membrane 7 (en particulier sur la lamelle 24) à proximité du canal 65. Le feuillet 64 peut alors être réalisé en un matériau électriquement isolant, tel que le nitrure de bore hexagonal (h-BN) . Ceci permet au feuillet 64 d'isoler électriquement l'électrode locale 25 par rapport à d'autres éléments électriquement conducteurs du système. On peut également prévoir que le feuillet 64 est réalisé par superposition de couches, donc une couche électriquement isolante (h-BN) est disposée en regard de l'électrode 25, et comprenant une couche électriquement conductrice (en graphène par exemple) . En particulier, on peut prévoir un multi-couche isolant (h-BN) , conducteur (graphène) , isolant (h-BN) .

Pour fixer les idées, par rapport à la figure 1, la membrane 7 comporte une surface 7b orientée vers l'électrode 9b, placée dans le deuxième compartiment 6b, et une face 7a, orientée vers l'électrode 9a, placée dans le premier compartiment 6a. Selon le mode de réalisation de la figure 4, l'électrode 25 est réalisée sur la face 7b de la membrane 7. Dans ce mode de réalisation, la membrane 7, et en particulier le corps 61, est réalisée dans un matériau électriquement isolant. L'électrode 25 est par exemple réalisée sous la forme d'une couche d'or ou de platine présentant un certain motif. Plus précisément, l'électrode 25 est réalisée sur la surface extérieure 62b du corps 61. L'électrode 25 est interposée (dans le sens de l'épaisseur) entre le corps 62 et le feuillet 64 (qui n'est pas représenté sur la figure 4) . Ceci peut par exemple être réalisé en réalisant l'électrode avant l'étape de report du feuillet (figure 3f ) , voire même avant les étapes de gravure réalisées par faisceau d'ion focalisé (auquel cas le pore 78, le fond de canal et le fond de cuvette peuvent être réalisé en gravant aussi le matériau conducteur constitutif de l'électrode).

En variante encore, l'électrode 25 est réalisée par-dessus le feuillet 64 en matériau électriquement isolant, comme représenté sur la figure 4a.

En variante encore, l'électrode 25 peut être réalisée sur la surface extérieure 62a opposée à celle dans laquelle est formé le fond de canal 63, comme représenté sur la figure 4b.

Dans le présent exemple de réalisation, on prévoit en fait un jeu de deux électrodes locales 25, 26 disposées de part et d'autre du canal 63, et reliées à un circuit électrique 30 local. Les deux électrodes locales 25 et 26 sont placées dans le circuit électrique local à un potentiel différent de manière à former une capacité. Ainsi, un champ électrique local est généré, et se superpose au champ électrique global appliqué par le générateur 11. Le circuit électrique 30 permet également de procéder à une lecture de cette capacité. Il est ainsi relié au système informatique 3. La macromolécule 27 présente, de sa première à sa deuxième extrémité, un ensemble de segments différents, et en particulier, faisant varier la capacité mesurée lors de leur présence entre les deux électrodes 25 et 26. Ainsi, outre le système de lecture 12 permettant de mesurer la migration de la macromolécule à travers le passage, le système de modulation du champ électrique, du fait de la présence des électrodes locales 25 et 26, permet d'obtenir des informations additionnelles lors de la migration de la macromolécule .

Du fait de la longueur du canal 65, on peut prévoir plusieurs emplacements pour des électrodes, ou des paires d'électrodes, le long de celui-ci.

Par ailleurs, quand les électrodes 25 et 26 sont prises en sandwich entre, d'une part, le corps 62 et, d'autre part, le feuillet 64, ce feuillet 64 permet d'isoler électriquement et chimiquement les électrodes 25 et 26 de la solution

Les électrodes nanométriques 25 et 26 de ces deux modes de réalisation sont raccordées, le cas échéant, au monde macroscopique (in fine au dispositif informatique 3) par des systèmes de micro-connexion.

Un quatrième mode de réalisation est représenté sur la figure 5. Ce mode de réalisation reprend les éléments de la figure 4, notamment la lamelle 24 disposant, sur sa surface 7b des électrodes locales 25 et 26. Celles- ci sont raccordées à un circuit électrique local 40 de manière à générer un champ électrique local E _y s 'étendant au niveau du canal 63 dans la direction Y transverse à la migration de la macromolécule.

L'application d'un champ électrique local permet d'influer sur la migration de la macromolécule à travers le canal 63 le long de la direction X. La macromolécule 27 est constituée d'une succession de molécules présentant chacune une charge partielle (négative, positive ou éventuellement nulle) contribuant à la charge globale de la macromolécule qui elle seule définit sa translocation d'un compartiment à un autre du réservoir. Le champ électrique local E _y va induire une force électrostatique sur ces charges partielles, qui vont être attirées et repoussées par les bords 31, 32 du canal 63. Par exemple, une partie 33 de la macromolécule, localement chargée positivement, va être attirée par le bord 31 du canal 63. Une interaction mécanique de frottement peut ainsi survenir de la macromolécule 33 sur le bord 31 du canal, ce frottement contribuant à freiner la macromolécule lors de sa migration à travers le canal 63. Il résulte de ce freinage que, sur le signal détecté de la figure 2a, l'événement 15 va durer plus longtemps, et sera par conséquent plus facile à étudier. L'application du champ électrique local peut être commandée par le système informatique 3.

Selon le niveau de charge locale de la macromolécule, et selon le niveau du champ électrostatique appliqué par les électrodes locales 25 et 26, il est envisageable de non seulement freiner la macromolécule 27 lors de sa migration à travers le canal 63, mais même de l'immobiliser. Le système de modulation local permet ainsi de définir une pince moléculaire. En effet, une fois la macromolécule ainsi maintenue, il est possible de lui faire subir toute sorte de traitements et/ou d'applications. Le système local permet déjà de mesurer la force appliquée à la molécule pour la maintenir en place. Cette force est une donnée additionnelle de caractéristique de la molécule à l'emplacement bloquée. La mesure est envoyée au système informatique 3.

Selon un cinquième mode de réalisation, représenté sur la figure 6, on peut cumuler les modes de réalisation des figures 4 et 5. Ainsi, on peut prévoir, en un premier emplacement du canal, de réaliser le système de lecture capacitive à l'aide des électrodes 25 et 26 et du circuit 30 tels que réalisés et décrits sur la figure 4 et, en un deuxième emplacement du canal, de réaliser le système de freinage/blocage tel que décrit sur la figure 5, à l'aide des électrodes 35 et 36 et du circuit 40.

Selon un sixième mode de réalisation, représenté sur la figure 7, on applique localement un champ électrique E _x dans la direction longitudinale X du canal 65. Ce champ électrique local E _x se superpose au champ électrique global imposé par les électrodes 9a et 9b. Le champ électrique local ainsi appliqué est utilisé pour localement influer sur le champ électrique au niveau du canal 65. On pourra ainsi réaliser une action de freinage ou de blocage de la macromolécule dans le canal 65, non pas par frottement mécanique comme décrit ci-dessus, mais en utilisant le champ électrique généré localement pour contrecarrer les effets du champ électrique global. Pour ce faire, on dispose d'une première électrode 45 s 'étendant en un premier emplacement de part et d'autre du canal 65, et d'une deuxième électrode 46 s 'étendant également de part et d'autre du canal 65 en un deuxième emplacement, et on relie ces deux électrodes par un générateur 50 adapté pour appliquer une différence de potentiel entre elles.

Pour les modes de réalisation ci-dessus, les électrodes peuvent être réalisées, dans l'épaisseur, selon les modes de réalisation appropriés des figures 4, 4a ou 4b décrites ci-dessus.

Le cas échéant, les modes de réalisation des figures 4 à 7 sont utilisés dans une membrane 7 équipant le dispositif de la figure 1. On superpose alors un système de modulation global du champ électrique avec un système de modulation local de celui-ci.

Selon un septième mode de réalisation, on couple à l'appareil d ' électrophorèse décrit ci-dessus un système de détection optique de la migration de la macromolécule à travers le passage 8. Notamment, on utilise un système de détection optique de la présence iou du déplacement de la macromolécule dans le canal 65.

Dans ce mode de réalisation, comme d'ailleurs dans les autres, on prévoit un détecteur optique 37, visible sur la figure 1, et adapté pour détecter optiquement une image au niveau du canal 65 sur la face 7b de la membrane. Le détecteur optique 37 est également relié au dispositif informatique 3 pour lui envoyer les signaux optiques détectés. Si le feuillet 64 est translucide, on peut détecter un événement tant que celui-ci se produit dans le canal 65, qui est de longueur importante.

Selon une première variante de réalisation, si la macromolécule est fluorescente, on peut utiliser, à titre du détecteur optique 37, un microscope confocal imageant le canal, et dont la détection permettrait de compter les molécules fluorescentes passant dans le canal. La fluorescence peut être générée par une source de lumière 77 située du côté opposé au détecteur optique 37, et illuminant l'extrémité d'entrée 66. Une telle source de lumière 77 est par exemple un LASER. On peut prévoir une couche opaque au niveau du corps 61, par exemple assemblée à la surface extérieure 62a sans boucher le trou traversant 69. La couche opaque peut par exemple être un feuillet métallique 76 (par exemple d'or ou d'alliage d'or, par exemple de type TiAu d'épaisseur inférieure au micron) assemblé au corps 61 avant les étapes de gravure au faisceau d'ion focalisé, et percé lors de la réalisation du trou traversant 69. Un exemple de réalisation est présenté sur la figure 12. Le feuillet 76 opaque bloque la transmission de la lumière d'excitation en direction du détecteur optique 37. La fluorescence est exaltée au niveau de l'extrémité d'entrée 66 par la présence à ce niveau des parois du feuillet. Les molécules 27 présentes dans le canal 65 peuvent être imagées par le détecteur optique 37 à travers le feuillet 64 translucide, pendant une durée longue .

Selon encore un autre mode de réalisation, la figure 8 représente une partie de la surface extérieure 62a de la membrane autour du pore 78. On prévoit des motifs par exemple sous la forme de métallisations 76. L'ensemble des métallisations 76 formées autour du pore 78 forme un certain motif optique désigné globalement par la référence 34. A titre d'exemple, on a représenté 6 métallisations , disposées radialement autour de l'extrémité d'entrée 66, et angulairement équidistantes les unes des autres. Toutefois, tout type de motifs appropriés est envisageable. Les figures 13a et 13b donnent des exemples. Sur la figure 13a, on a recours à deux feuillets 76 de forme triangulaire diamétralement opposés par rapport au pore 78. Sur la figure 13b, on utilise des anneaux concentriques autour du pore 78. Ces géométries permettent de définir des antennes plasmoniques au niveau de l'extrémité d'entrée 66 du pore.

Le motif optique 34 peut permettre d'améliorer l'excitation optique de la macro-molécule par la source de lumière 77 au moment de son entrée dans le passage 8.

Ces systèmes de détection optique peuvent également être incorporés le cas échéant dans les modes de réalisation des figures 4, 5, 6 et 7. La coopération des détections optique et électrique peut permettre de mieux caractériser la molécule.

La figure 9 décrit très schématiquement une installation 51 de fabrication du corps 61. On peut par exemple former le trou traversant 69 à travers un substrat 52 placé dans une machine d'émission de faisceau d'ions focalisés. Le substrat 52 est destiné à devenir un corps 61. Il est placé sur un porte-échantillons 53. Une pointe 54 est utilisée pour émettre des ions, tels que par exemple des ions gallium, qui sont extraits par une extractrice 55, et focalisés par un système électrostatique 56 pour aller percer le pore, à la dimension suffisante, dans le substrat 52. Le substrat 52 a, le cas échéant, préalablement été réalisé en évaporant le métal conducteur sur une ou plusieurs surfaces du substrat isolant puis en structurant les pistes par lithographie.

Le fond de canal 63 et le fond de cuvette 73 peuvent être réalisés par le même genre d'opération sur une surface du substrat, en déplaçant relativement le faisceau et le substrat, et en adaptant le temps d'exposition.

La fabrication par faisceau d'ions focalisés permet en particulier d'obtenir des géométries compatibles avec l'application recherchée, stables en limitant les risques de rebouchage du passage, et en fournissant un bord relativement abrupt de celui-ci. Les passages synthétiques sont plus facilement intégrables. De plus, les ions utilisés, tels que les ions au gallium, peuvent aussi bien percer le substrat isolant que la couche de métal située en surface supérieure et/ou inférieure de celui-ci, selon les modes de réalisation. Le procédé est très reproductible (variations de l'ordre de 2-5%) .

Les modes de réalisation ci-dessus prévoient que la membrane 7 sépare physiquement les deux compartiments 6a, 6b. Toutefois, des variantes sont possibles. Un exemple de variante est fourni sur la figure 10. Dans cette variante, les compartiments 6a, 6b sont disposés du même côté de la lamelle 24. Les compartiments 6a, 6b, sont séparés par une paroi 72. Les extrémités d'entrée 66 et de sortie 67 sont réalisées de part et d'autre de la paroi 72. Une lamelle 24 peut être obtenue en mettant en oeuvre le procédé de fabrication décrit ci-dessus jusqu'à l'étape de la figure 3e, dans laquelle le fond de cuvette 73 est percé jusqu'à déboucher. On assemble également le feuillet 64 comme sur la figure 3f, mais celui-ci n'est pas percé. Puis, on monte la paroi 72 sur la face 62a de la lamelle. En variante encore, comme représenté sur la figure 11, le dispositif décrit ci-dessus pourrait incorporer ses propres compartiments 6a, 6b. Ainsi, les compartiments 6a, 6b pourraient être réalisés directement par des évidements ménagés dans le corps 61 de part et d'autre du canal 65. Ceci pourrait être réalisé, selon le procédé ci-dessus, en s 'arrêtant à l'étape de la figure 3f, en remplaçant l'étape de génération du trou traversant 69 par la fabrication d'un trou borgne (ce qui est possible si le corps 61 est suffisamment épais et/ou en ajustant le procédé de gravure des trous 69, 74) . Les trous borgnes peuvent alors servir de réservoir.

Ainsi, dans cet exemple, le canal débouche dans un réservoir d'entrée et/ou de sortie, ménagé dans le corps.

Le feuillet couvrant recouvre le réservoir d'entrée et/ou, respectivement, de sortie pour fermer celui-ci/ceux- ci .

Dans ce cas, le système est sensiblement étanche, et on peut prévoir de miniaturiser le système électrique 10 pour l'intégrer dans le dispositif.

Dans les exemples ci-dessus, on génère le déplacement des molécules par une action électrique. Toutefois, en variante ou en complément, d'autres technologies sont envisageables, comme par contrôle du flux hydrostatique (aspiration par exemple), par gravité,...

Des applications envisagées concernent l'analyse de protéines pour des diagnostics, le développement de médicaments, l'identification de molécules pour des applications de type sécurité et défense et la protection de l'environnement, le dessalement de l'eau de mer, la génération d'énergie électrique ou hydraulique.

On pourrait prévoir de réaliser plusieurs passages similaires, chacun selon un exemple décrit ci-dessus, en parallèle dans la même membrane 7.