Alternatives au PDMS : La microfluidique pour l’étude de la

cristallisation

Sébastien Teychené

LGC – INP

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…

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

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

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

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)

« 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.

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

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 »

Observations…

T = 110°C for 1 – 2H

RIM : Reactive Injection molding

SAXS : Crystal Nucleation on chip

Xrays

30

0µ

m

D. Radajewski et al., IUCr 2017

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

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

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)