Nanoparticules comme nouvelles phases stationnaires pour l’électrochromatographie sur microsystème jetable : du canal ouvert au canal rempli – NanoChrom

Ces dix dernières années, le domaine des « Laboratoires-sur-Puce » a gagné en maturité. Ce terme s'applique aux dispositifs miniaturisés qui intègrent la séquence complète des analyses, à partir de l'échantillon brut jusqu’à la lecture résultat. Les Lab-on-a-Chip (LOC) peuvent intervenir dans des domaines d’applications extrêmement variés et bénéficient d’apports de nombreuses disciplines scientifiques et techniques. En ce sens, la recherche et le développement de LOC sont vraiment de nature interdisciplinaire. Le coeur de la plupart des LOC est l'unité de séparation qui est un outil indispensable en chimie analytique. Différentes techniques de séparation électrocinétiques ont déjà été mises en œuvre dans les LOC. Pour réaliser une séparation efficace d'une large gamme de solutés (chargés et neutre), la sélectivité peut être améliorée par l’ajout d’une phase stationnaire. La miniaturisation de la technique classique de chromatographie liquide nécessite la mise en œuvre de systèmes de pompage extrêmement sophistiqués, ainsi que des petites boucles volume d'injection pour limiter les effets externes. Au lieu d'entourer un système chromatographique sur puce de l'encombrant environnement conventionnel, il peut être judicieux de combiner champ électrique et phase stationnaire pour miniaturiser les analyseurs. L’électrochromatographie-sur-puce (_EC) qui en résulte représente la technique la plus appropriée de séparation en microsystème. Les phases stationnaires qui sont aujourd'hui employées pour la mise en œuvre de la µEC présentent cependant de nombreuses limitations en terme de réalisation, de faible capacité de charge ou encore de dispersion de solutés. Le projet que nous proposons ici tend à répondre à ces questions en proposant un concept complètement nouveau dans les microsystèmes. Il s’agit de réaliser dans des dispositifs plastiques une synthèse in-situ de nanoparticules (~50 nm) répondant à un cahier des charges strict pour la mise en œuvre de l’électrochromatographie (taille, homogénéité, densité). La synthèse étant initiée à la surface du matériau plastique, les nanoparticules sont ancrées de manière covalente aux parois du microsystème. Dans le cadre de l’électrochromatographie « open-channel », le contrôle de l'épaisseur des nanoparticules sur plusieurs couches conduit à un revêtement à haut ratio volumique, aboutissant à une augmentation de la capacité de charge. Dans le cadre d’un remplissage total du canal de séparation (« filled-channel »), la réalisation d'un lit continu de nanoparticules généré directement in-situ permet d'éviter la procédure fastidieuse de remplissage, tandis que les tailles de particules sub-1µm vont conduire à des efficacités de séparation prodigieuses, l'élargissement des bandes étant uniquement due à la diffusion moléculaire. L'utilisation de nanoparticules en chromatographie représente une percée majeure en sciences séparatives. La théorie de la chromatographie stipule que plus les particules utilisées sont de faible diamètre, plus les performances séparatives sont importantes. En chromatographie liquide conventionnelle, cela se traduit immédiatement par des pressions rédhibitoires. Dans ce projet, nous envisageons d’atteindre la cinquantaine de nanomètres, grâce à la mise en œuvre de l’électrochromatographie. Ce microsystème permettra à terme non seulement la miniaturisation de la technique séparative la plus répandue, à savoir la chromatographie liquide, mais aussi d’ouvrir ce domaine à une gamme plus étendue de diamètre de particules, et de valider les théories dans les très petites tailles de particules. L’utilisation de nanoparticules pour la mise en œuvre de l’électrochromatographie peut être considéré comme l'avenir de la chromatographie liquide, qui vise à diminuer le temps d'analyse, obtenir une meilleure efficacité de séparation sur des colonnes plus petites. Ce défi doit être relevé et c'est l'objet de cette proposition.