Un traitement rouleau à rouleau pour fabriquer des éléments microfluidiques destinés aux laboratoires sur puce
Le traitement rouleau à rouleau (R2R) est la méthode consistant à appliquer des revêtements, à imprimer ou à mettre en œuvre d’autres techniques, à partir d’un rouleau de matériau souple, puis à enrouler à nouveau le tout après le processus, afin de créer un rouleau en sortie. Une fois enduits, contrecollés ou imprimés, les rouleaux de matériaux peuvent être coupés pour obtenir la taille finale souhaitée. Contrairement au traitement par lots, le R2R est un processus continu qui permet d’évoluer vers une fabrication agile et une automatisation accrue, sans oublier une réduction des coûts par un facteur 10. Ce procédé est donc utilisé depuis longtemps par l’industrie de l’impression graphique et attire aujourd’hui l’attention d’un certain nombre de nouveaux secteurs. Par exemple, l’électronique utilise le R2R pour fabriquer des dispositifs tels que des diodes électroluminescentes organiques placées sur un rouleau de ruban plastique ou métallique souple. Aujourd’hui, le projet R2R Biofluidics (Large scale micro-and nanofabrication technologies for bioanalytical devices based on R2R imprinting), financé par l’UE, vise à adapter le procédé R2R aux industries du diagnostic et de la bioanalyse, principalement pour fabriquer des éléments microfluidiques pour les dispositifs de type «laboratoire sur puce». «Nous avons besoin de ces produits en grandes quantités, afin de les utiliser pour le diagnostic, la recherche de médicaments et le contrôle des aliments», déclare M. Martin Smolka, coordinateur du projet. «Les technologies R2R permettent de réduire considérablement les coûts de production nécessaires pour parvenir à une production de masse.» R2R Microfluidics s’intéresse au comportement, au contrôle précis et à la manipulation de fluides géométriquement contraints à une échelle réduite, typiquement inférieure au millimètre. Les dispositifs de laboratoire sur puce (LOC) sont des dispositifs miniaturisés utilisés pour effectuer des expériences de laboratoire à très petite échelle. Les LOC peuvent intégrer plusieurs fonctions de laboratoire sur une puce dont la taille varie de quelques millimètres à quelques centimètres carrés, permettant ainsi un dépistage et une automatisation à haut débit. Une avancée prodigieuse R2R Biofluidics a fait la démonstration d’une chaîne de processus entièrement nouvelle pour la production à grande échelle de dispositifs LOC pour des applications telles que la détection d’agents pathogènes résistants aux antibiotiques. En utilisant une puce de diagnostic in vitro avec des canaux microfluidiques imprimés basés sur la détection de la chimiluminescence et contenant des nanostructures optiques imprimées pour le couplage de la lumière, les chercheurs sont parvenus à améliorer les performances du dispositif. La chimiluminescence est une forte émission de lumière se produisant lors d’une réaction chimique. «Ces nouvelles puces conçues pour la détection de la chimiluminescence offrent une sensibilité accrue, grâce à leurs structures optiques imprimées», explique M. Smolka. «La fabrication par R2R permettra une cadence de production élevée, peu onéreuse, pour ces dispositifs innovants, facilitant ainsi leur mise sur le marché.» Les chercheurs ont également montré comment développer des puces cellulaires contenant des cavités et des canaux, de l’échelle micrométrique à l’échelle nanométrique, imprimés, pour la culture contrôlée de neurones, susceptibles d’être utilisées pour le dépistage à haut débit de molécules pharmaceutiques. En se basant sur ce démonstrateur, SCIENION, l’un des partenaires du projet, a mis au point un distributeur de microréseaux de précision (microarray spotter) rouleau à rouleau personnalisé pour l’impression biomoléculaire. «L’introduction des technologies R2R pour la fabrication à haut débit des tests de diagnostic constitue une avancée prodigieuse», déclare M. Holger Eickhoff, PDG de SCIENION AG. «En proposant des dispositifs flexibles aussi bon marché, cette technologie permettra d’atteindre rapidement un niveau inégalé de production d’appareils de diagnostic.» Une idée primée En septembre 2018, R2R Biofluidics a reçu l’Austrian Fast Forward Award en reconnaissance de ses travaux pionniers sur le développement de nouveaux dispositifs de diagnostics permettant une détection rapide et fiable d’agents pathogènes. «Ce prix constitue une reconnaissance de notre position de pionnier dans le développement de ce procédé qui repose sur la R2R, avec par exemple la mise en œuvre de nouveaux concepts d’impression et la réalisation du tout premier traçage de biomolécules à l’aide de la technologie R2R», ajoute M. Smolka.
Mots‑clés
R2R Biofluidics, traitement R2R, technologie rouleau à rouleau, diagnostic, bioanalyse, microfluidique, laboratoire sur puce
