Collage du verre à basse température : les puces « tout verre »

Du quartz à la silice fondue, en passant par les borosilicates et les sodocalciques, il existe une très large variété de verres avec des propriétés qui diffèrent légèrement. De façon générale, le verre est considéré comme résistant chimiquement, à la température (certains types de verre comme les borosilicates et le Pyrex sont plus adaptés aux chocs thermiques, le quartz et la silice fondue quant à eux peuvent supporter des températures de plus de 1000 °C), et à la déformation. De plus, ce matériau est transparent, stable dans le temps et non poreux. Malgré ces qualités, les deux principales contraintes liées au verre résident en un prototypage long et coûteux et en la difficulté d’intégrer une instrumentation au sein des canaux. Ce verrou a fait l’objet de publications afin de permettre de sceller les dispositifs en verre à une température plus faible que le procédé industriel.

Des puces qui concurrencent les polymères

Les résines hydrogène silsesquioxane peuvent être utilisées comme couches intermédiaires pour coller deux substrats de verre. Leur structure plane ou en cage assure la présence d’atomes d’hydrogène disponibles pour former des liaisons OH lors de l’activation chimique de la résine. Le capot étant également rendu hydrophile par un traitement chimique, des liaisons hydrogène se forment lors de la mise en contact des deux substrats afin de créer un collage moléculaire qui devient irréversible après recuit. Ce type de résine présente l’avantage d’être inorganique c’est-à-dire qu’elle ne contient pas d’atome de carbone dans sa composition chimique. En la recuisant à 300 °C, toute la couche de résine intermédiaire se transforme en silice et la puce finale est 100 % verre. Le fait de supprimer toute trace organique de la puce est la grande différence et le principal avantage de cette technique par rapport au collage avec polymères. La basse température du procédé de collage est l’autre plus-value de cette technique. En effet, cette température de processus relativement faible, par rapport au collage thermique, permet d’intégrer dans la puce des matériaux thermodégradables avant scellement afin d’instrumenter celle-ci. De plus, cette technique de collage confère à la puce les propriétés classiques du verre.

Malgré la montée en puissance des matériaux polymères, le verre reste un choix judicieux aussi bien scientifiquement qu’économiquement pour un certain nombre d’applications. Scientifiquement, les puces « tout verre » sont tout particulièrement pertinentes pour des applications de chimie de synthèse (inertie chimique et résistance à la température), ou analytique (intégration de matériaux d’électrodes). Du côté de la biologie, le « tout verre » intéresse en imagerie, où la transparence du verre est nécessaire. Économiquement, ces puces sont pertinentes pour des applications récurrentes rendues possibles par l’utilisation du verre. Malgré la différence de coût entre verre et polymère, cela entraîne une diminution du prix par analyse et permet aux puces en verre de concurrencer les puces en polymère.

Un matériau ancien qui se renouvelle

Le verre est un matériau historique utilisé depuis très longtemps dans les laboratoires de chimie ou de biologie. Les puces « tout verre » scellées à basse température ouvrent quant à elles de nouvelles possibilités d’intégration de matériaux thermodégradables qui conduisent à des puces de plus en plus instrumentées. Ces nouvelles perspectives d’intégration d’instrumentations permettent d’envisager de se rapprocher au plus près de véritables laboratoires sur puce intégrant toutes les étapes de l’analyse (injection, extraction, séparation, détection).

Pour connaître les autres stratégies de scellement du verre et en savoir plus sur les applications potentielles des puces « tout verre » collées à basse température, consultez notre article de référence en accès libre jusqu’au 15 août :