Modélisation et analyse de la diffusion et du mélange de réactifs dans des circuits microfluidiques capillaires pour le criblage à haut débit

Le criblage à haut débit (HTS, de l’anglais High Throughput Screening) est de grande importance dans plusieurs domaines dont les avancées récentes en dépendent. La pharmacologie, la biochimie, la chimie catalytique, la chimie organique et la recherche en matériaux de pointes ne sont que quelques exemples parmi tant d’autres de domaines bénéficiant des technologies récentes de HTS. Les techniques classiques de HTS développées dans les années 1980 sont basées sur l’utilisation des plaques microtitres et sont limitées par des défis liés à l’évaporation des échantillons et l’usage d’équipement de pipetage encombrant et dispendieux. Des avancées en microfluidique – une branche de la mécanique des fluides et de l’ingénierie qui s’intéresse à la miniaturisation et l’automatisation de manipulations expérimentales de fluides principalement en biologie et en chimie – permettent de répondre à certains défis du HTS classique. Notamment, les dispositifs à microcompartiments, les micromatrices et la microfluidique par gouttelettes sont des technologies applicables en HTS. Cependant, certaines limites demeurent tel que la conservation et l’intégration de réactifs, la mise en contact d’un échantillon unique avec différentes conditions expérimentales, la dépendance envers de l’équipement spécialisé et la génération de profils de concentration complexes. Une avancée microfluidique récente issue d’une collaboration entre le groupe de recherche du Pr. Thomas Gervais à Polytechnique Montréal et le département de Precision Diagnostics de IBM Research Europe – Zurich permet d’adresser la plupart de ces limites. En effet, les modules à autocoalescence (SCMs) – un dispositif microfluidique permettant de conserver des points de réactifs séchés et de les combiner sans les déplacer avec un échantillon quelconque –peuvent être multiplexés pour obtenir une matrice de SCMs. Cette géométrie permet de conserver les avantages des SCMs quant à la manipulation de réactifs tout en ayant un dispositif avec des capacités de HTS. Les matrices de SCMs répondent ainsi à la majorité des limites des autres systèmes microfluiques de HTS. L’objectif de ce mémoire est de présenter les outils développés pour planifier efficacement des expériences dans les matrices de SCMs. En premier lieu, ce nouveau dispositif microfluidique est présenté. Il permet de combiner un échantillon unique de 2 à 5 µL avec une matrice de 375 (15 x 25) points de réactifs séchés imprimés préalablement pour les reconstituer et générer des conditions expérimentales variées. Un modèle de transport diffusif est ensuite développé pour décrire l’évolution des profils de concentration après la reconstitution des points de réactifs.