EP1771244A1 - Drop microreactor - Google Patents
Drop microreactorInfo
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- EP1771244A1 EP1771244A1 EP05790710A EP05790710A EP1771244A1 EP 1771244 A1 EP1771244 A1 EP 1771244A1 EP 05790710 A EP05790710 A EP 05790710A EP 05790710 A EP05790710 A EP 05790710A EP 1771244 A1 EP1771244 A1 EP 1771244A1
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Definitions
- the particular liquid used in the present invention is an ionic liquid or a mixture of ionic liquids.
- the present invention finds many applications, particularly in lab-on-a-chip where very small volumes of reaction media are generally used. It makes it possible, for example, to synthesize on a soluble support, syntheses in parallel, convergent syntheses, immobilizations on the ionic liquids of chemical or biological molecules that can be detected (target molecules) or detect (probe molecules), enzymatic reactions, homogenization of catalysts and homogeneous catalysts, process optimization, dangerous reactions, combinatorial chemistry reactions, etc.
- microsystems use drops of liquids in which the authors perform reactions. These microsystems are described for example in documents [4] and [5]. These drops of liquids may be aqueous or organic solvents.
- the present invention still meets this need, and still others, explained below, by providing a method for mixing drops of ionic liquid comprising the following steps: depositing a first drop of at least a first ionic liquid on a surface; depositing a second drop of at least one second ionic liquid on said surface; optionally introducing into the first ionic liquid, before or after its deposition in the form of a drop on the surface, of at least a first chemical or biochemical reagent; optionally introducing into the second ionic liquid, before or after its dropwise deposit on the surface, at least one second chemical or biochemical reagent; - meeting the first drop and the second drop so as to form a single drop.
- the present invention aims to provide a new use of ionic liquids as a microreactor, more particularly for applications in analytical techniques and chemical and biochemical reactions carried out on laboratories on a chip. It therefore also relates to a laboratory on a chip comprising at least one microreactor according to the invention.
- ionic liquids on the basis of which the present invention is implemented, have a number of interesting physico-chemical properties described in document [9]. These properties include: their low volatilities and very low vapor pressures: ionic liquids have very low volatility and very low vapor pressures, unlike Volatile Organic Solvents (VOS) and solvents. aqueous so no evaporation problem when used in droplet format. They are especially less volatile than water and most organic solvents such as, for example, ether, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, ethanol, methanol, toluene, acetonitrile, solvents whose temperature boiling point is less than or equal to 110 ° C.
- VOS Volatile Organic Solvents
- ionic liquids can also be cited, particularly for their interest in laboratory-on-a-chip applications: these liquids can be used in electrochemistry and have a large electrochemical window; and they are compatible with biological molecules such as enzymes, proteins, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids, etc.
- ionic liquid means a pure ionic liquid or a mixture of ionic liquids, functionalized or not, or a mixture of one or more ionic liquids, functionalized or not, with one or more reagents and / or solvents.
- non-functional ionic liquid or
- the ionic liquid A x + Xi has at least one functional ion, it is called” functionalized ionic liquid ". reaction medium and for another part of soluble support or matrix.
- Xi a non-functional anion or a mixture of non-functional anions.
- the term "ionic entity” refers to that portion of the cation or anion, which carries the charge, respectively positive or negative.
- the function Fi can be chosen in particular from the following functions: hydroxyl, carboxylic acid, amide, sulphone, primary amine, secondary amine, aldehyde, ketone, ethenyl, ethynyl, dienyl, ether, epoxide, phosphine (primary, secondary or tertiary), azide imine, ketene,
- n being an integer from 0 to 20.
- the drop (s) can (s) be deposited on the surface, for example of a lab-on-a-chip, by any known technique of the person skilled in the art, for example by a technique chosen from the group comprising a manual deposition, a deposition by an automated or non-automated drop dispenser, for example from an ionic liquid reservoir, or a deposition by fractionation of a larger drop deposited on the surface.
- the surface on which the drop is deposited is preferably a surface allowing the formation of a drop of ionic liquid without it spreading too much, especially in order to prevent contiguous drops whose coalescence was not expected to touch (unwanted contamination between drops deposited on the surface).
- It may be, for example, a silica surface, a glass surface, a Teflon surface, etc. This is in fact the surface on which the chemical or biochemical reaction is carried out using the drop microreactor of the present invention. It may be any surface suitable for making a lab-on-a-chip, and preferably compatible with ionic liquids.
- the material of the surface is therefore preferably compatible with the drop format and, where appropriate, with the chosen technique of displacement of the drop (s).
- the expression “the first and second drops are combined” means that at least two drops deposited on the surface can be combined, in particular to mix them and / or to mix their contents, for example the first and second reagents.
- first and second reagents means at least two reagents, each of the drops may comprise one or more reagents, each of the drops may consist of a functionalized or non-functionalized ionic liquid.
- the combination of the two drops, or coalescence can therefore trigger the chemical or biochemical reaction (s) or simply perform a mixture of reagents and / or ionic liquids.
- one of the drops comprises a specific task ionic liquid and the other a matrix ionic liquid and a reagent
- the meeting, or bringing into contact, of these drops of ionic liquid makes it possible to performing the desired chemical reaction (s) between the reagent and the function carried by the ionic liquid.
- the drop of the preceding step -iv- is combined with the drop of ionic liquid, for example by a displacement technique such as those mentioned above, and
- the present invention may also consist, according to a fifth example, in the implementation of a method for preparing a molecule M attached to an initial function F 0 , bonded, in the drop of ionic liquid, optionally via an arm
- the matrix or functionalized ionic liquids used during the different reactions may be identical or different.
- said at least one first ionic liquid and said at least one second ionic liquid are independently selected from a functionalized or non-functionalized ionic liquid.
- the first ionic liquid may therefore comprise, in addition to the functionalized ionic liquid, an unfunctionalized ionic liquid, or else; in addition to the unfunctionalized ionic liquid, a liquid ionic functionalised.
- the second ionic liquid may comprise in addition to the functionalized ionic liquid, an ionic liquid. no . functionalized, or else, in addition to the unfunctionalized ionic liquid, a functionalized ionic liquid.
- Hazardous reactions examples that may be mentioned are reactions involving azides as described in document [14].
- Target molecules proteins, enzymes, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids etc.
- probe molecules for example proteins, enzymes, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids etc.
- each of the drops forming a microreactor may be heated to allow conventional reactions of organic chemistry, for example up to 200 0 C or more, because of the non-volatility of W
- NMR nuclear magnetic resonance
- IR infrared
- UV visible ultraviolet
- MS mass spectrometry
- LC / MS liquid chromatography-mass spectrometry
- colorimetric or any other technique appropriate analysis known to those skilled in the art to detect the molecules to be analyzed.
- the displacement of the drip microreactors of the present invention can be achieved by any technique known to those skilled in the art to move a drop on a surface.
- a displacement technique chosen from: -
- a mechanical displacement for example by vibration, by capillarity, by means of a pusher or by transport on a mobile support.
- An example of transport on a mobile support that can be used in the present invention is a "treadmill" as described for example in document [16].
- the dielectric layer and the hydrophobic layer between the activated electrode and the drop permanently polarized by a counter electrode, acting as a capacitor, - the effects of electrostatic charge induce the displacement of drop on the activated electrode.
- the counter electrode is essential for the movement by electrowetting, it maintains an electrical contact with the drop during its movement.
- This counter electrode can be either a catenary (Ca) as described in [5], or a buried wire, or a planar electrode on the hood of confined systems.
- the electrodes can be made by depositing a metal layer, by the
- [17] discloses, for example, a dielectric liquid displacement control device operable in the present invention.
- a drop of liquid is placed between two planes comprising pairs of electrodes.
- the drop of liquid has a permittivity greater than its environment defined by the space between the two planes comprising the electrodes.
- the displacement is electrically controlled by applying electrical voltages to the electrode pairs.
- the present invention allows the realization of chemical or biochemical reactions in small wallless reactors.
- the ionic liquids with specific tasks allow the realization of chemical reactions with the same reactivity as in solution.
- the reactions can be followed and the purification of the reaction products is easy, for example after cleavage.
- the microreactor drop of the present invention there is no clogging of channels, there is no loss of charge in hydrodynamic mode, for example when syringe pumps and pumps are used and it does not there are no dead volumes as with the microreactors of the prior art.
- unlike channels, with the present invention there is no problem of diffusion. The reactions remain constant and individualized.
- Figure 1 schematic representation of a chemical reaction and / or biochemical manufacturing of a product C in a microreactor drop produced by the method of the present invention by combining a drop of ionic liquid functionalized with a function A (LI A ) and a drop of matrix ionic liquid comprising reagent B.
- LI A function A
- the drop displacement technique used in this example is an electrowetting displacement technique whose operation is shown schematically in FIG. 6 (only one drop is shown in FIG. 6): the support (S) is structured so as to comprise a electrode network (E), a dielectric layer (D), a hydrophobic layer
- connection means connected to an electric generator (V).
- the drops (G) are based on the array of electrodes (FIG. 6A), from which they are isolated by the dielectric layer and the hydrophobic layer.
- a first reaction mixture is prepared as follows: 50 mM phosphate-citrate buffer pH 6.5 (10 ml), o-phenylene diamine (OPD, 20 mg) and hydrogen peroxide (4 ⁇ l). A drop of this mixture of a volume of 0.5 ⁇ l is dissolved in matrix ionic liquid ([btma] [NTF 2 ]) (0.5 ⁇ l).
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Abstract
Description
MICROREACTEUR GOUTTE MICROREACTOR DROP
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Domaine technique La présente invention se rapporte à un microréacteur goutte, c'est-à-dire à un microréacteur constitué d'une goutte d'un liquide particulier, le microréacteur étant sans paroi, l'interface du liquide particulier avec le milieu ambiant et avec le support sur lequel la goutte est déposée définissant les limites du microréacteur.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a drop microreactor, that is to say to a microreactor consisting of a drop of a particular liquid, the microreactor being without a wall, the interface of the particular liquid with the ambient medium and with the support on which the drop is deposited defining the limits of the microreactor.
La présente invention se rapporte également à des procédés de mise en œuvre de réactions chimiques ou biochimiques et/ou de mélanges utilisant ledit microréacteur goutte, ainsi qu'à un laboratoire sur puce comprenant un microréacteur selon l'invention.The present invention also relates to methods for carrying out chemical or biochemical reactions and / or mixtures using said drop microreactor, as well as to a lab on a chip comprising a microreactor according to the invention.
Le liquide particulier utilisé dans la présente invention est un liquide ionique ou un mélange de liquides ioniques. La présente invention trouve de nombreuses applications, en particulier dans les laboratoires sur puce où des volumes très réduits de milieux réactionnels sont généralement utilisés. Elle permet par exemple de réaliser des synthèses sur support soluble, des synthèses en parallèle, des synthèses convergentes, des immobilisations sur les liquides ioniques de molécules chimiques ou biologiques susceptibles d'être détectées (molécules cibles) ou de détecter (molécules sondes) , des réactions enzymatiques, des hétérogénéisation de catalyseurs et des catalyses homogènes, des optimisations de procédé, des réactions dangereuses, des réactions de chimie combinatoire, etc.The particular liquid used in the present invention is an ionic liquid or a mixture of ionic liquids. The present invention finds many applications, particularly in lab-on-a-chip where very small volumes of reaction media are generally used. It makes it possible, for example, to synthesize on a soluble support, syntheses in parallel, convergent syntheses, immobilizations on the ionic liquids of chemical or biological molecules that can be detected (target molecules) or detect (probe molecules), enzymatic reactions, homogenization of catalysts and homogeneous catalysts, process optimization, dangerous reactions, combinatorial chemistry reactions, etc.
Dans la description qui suit, les références entre crochets [ ] renvoient à la liste de références annexée.In the following description, references in square brackets [] refer to the attached list of references.
Etat de la techniqueState of the art
De nombreux microsystèmes ou microréacteurs destinés à réaliser des réactions chimiques ou biochimiques à l'échelle du μl, voir du ni, sont décrits dans la littérature, par exemple dans les documents [1] - [5] .Numerous microsystems or microreactors intended to carry out chemical or biochemical reactions at the level of the μl, see ni, are described in the literature, for example in documents [1] - [5].
La plupart de ces dispositifs font intervenir un système de canaux, comme décrit dans les documents [1] - [3] , inclus dans un packaging, notamment en verre, en métal, en silicium, en polymère organique, en céramique, etc.Most of these devices involve a system of channels, as described in documents [1] - [3], included in a packaging, including glass, metal, silicon, organic polymer, ceramic, etc.
Cependant, ces microsystèmes génèrent un certain nombre de problèmes : les canaux se bouchent facilement, ils sont sujets aux pertes de charges en mode hydrodynamique, par exemple lorsque des pousse- seringues et des pompes sont utilisées, et il est souvent difficile d'éviter les volumes morts et d'optimiser un microsystème faible coût compatible avec un environnement chimique agressif, notamment par les solvants utilisés, les températures de travail, les pressions, etc.However, these microsystems generate a certain number of problems: the channels are easily clogged, they are subject to hydrodynamic pressure drops, for example when syringe pumps and pumps are used, and it is often difficult to avoid them. dead volumes and optimize a low-cost microsystem compatible with an aggressive chemical environment, including solvents used, working temperatures, pressures, etc.
D'autres microsystèmes utilisent des gouttes de liquides dans lesquelles les auteurs réalisent des réactions. Ces microsystèmes sont décrits par exemple dans les documents [4] et [5] . Ces gouttes de liquides peuvent être des solvants aqueux ou organiques. l'Other microsystems use drops of liquids in which the authors perform reactions. These microsystems are described for example in documents [4] and [5]. These drops of liquids may be aqueous or organic solvents. the
Cependant, dans les deux cas, les auteurs sont confrontés à l'évaporation de ces solvants, ce qui implique la nécessité d'un capot dans le meilleur des cas, ou rend leur utilisation impossible dans le pire des cas. De plus, dans le cas de l'eau, peu de réactions de chimie organique sont connues. Dans le cas des solvants organiques, les utilisateurs sont confrontés aux problèmes de toxicité, par exemple par inhalation, de sécurité, par exemple du fait de risques d'inflammation, ainsi qu'au recyclage.However, in both cases, the authors are confronted with the evaporation of these solvents, which implies the need for a hood in the best case, or makes their use impossible in the worst case. In addition, in the case of water, few organic chemistry reactions are known. In the case of organic solvents, the users are confronted with the problems of toxicity, for example by inhalation, of safety, for example because of risks of ignition, as well as recycling.
D'autre part, pour réaliser des réactions chimiques dans ces microsystèmes, il est souvent nécessaire de déplacer les réactifs afin de réaliser ces réactions ou mélanges. Dans le cas des canaux, le déplacement des réactifs est souvent imposé à l'aide de pompes qui permettent de contrôler des pressions, ou de pousse-seringues qui permettent de contrôler des débits.On the other hand, to perform chemical reactions in these microsystems, it is often necessary to move the reagents to perform these reactions or mixtures. In the case of the channels, the displacement of the reagents is often imposed by means of pumps which make it possible to control pressures, or syringe pumps which make it possible to control flows.
Le déplacement peut également être réalisé par électro-osmose ce qui nécessite le contrôle des charges de surface.The displacement can also be achieved by electro-osmosis which requires the control of surface charges.
Dans les systèmes en goutte, électromouillageIn drop systems, electrowetting
(EWOD : pour « electrowetting on dielectric ») et les ondes acoustiques sont généralement utilisés, comme décrit par exemple dans le document [5] . Pour les solvants aqueux, cela ne pose en général pas trop de problèmes alors que pour les solvants organiques, seuls quelques-uns sont compatibles avec ces techniques. En effet, la plupart des solvants sont isolants, or les solvants doivent être conducteurs pour être utilisables en électromouillage. Cependant, peu de réactions chimiques sont réalisées en milieu aqueux bien qu'un certain nombre d'auteurs y travaillent, comme l'illustre le document [6] . Enfin, plusieurs applications chimiques, telles que la chimie combinatoire, les synthèses in situ, etc. nécessitent l'utilisation de supports solubles, par exemple de polyéthylène glycols, ou insolubles, par exemple de billes de résines de type Merrifield, de silice, etc., dans le milieu réactionnel, comme l'illustrent les documents [7] et [8] . Les approches existantes présentent plusieurs inconvénients : (i) Sur les supports insolubles : les réactions en milieu hétérogène ont une cinétique plus lente en général qu'en solution ; parfois certaines réactions qui sont faisables en solution ne fonctionnent pas sur support solide ; et - les réactions sont difficiles à suivre,(EWOD: for "electrowetting on dielectric") and acoustic waves are generally used, as described for example in document [5]. For aqueous solvents, this does not generally pose too many problems whereas for organic solvents, only a few are compatible with these techniques. Indeed, most solvents are insulators, but solvents must be conductive to be used in electrowetting. However, few chemical reactions are performed in aqueous medium although a number of authors work there, as illustrated in document [6]. Finally, several chemical applications, such as combinatorial chemistry, in situ syntheses, etc. require the use of soluble supports, for example polyethylene glycols, or insoluble, for example beads of Merrifield type resins, silica, etc., in the reaction medium, as illustrated by documents [7] and [8] ]. Existing approaches have several drawbacks: (i) On insoluble supports: the reactions in a heterogeneous medium have a slower kinetics in general than in solution; sometimes some reactions that are feasible in solution do not work on solid support; and - the reactions are difficult to follow,
(ii) Sur des supports polymères solubles : la purification des produits réactionnels est très délicate, la parallélisation est difficile - charge spécifique faible, et recyclage difficile.(ii) On soluble polymeric supports: the purification of the reaction products is very delicate, the parallelization is difficult - low specific charge, and difficult recycling.
Il existe donc un réel besoin d'un réacteur ne présentant pas les inconvénients précités des microsystèmes à canaux, des microsystèmes à gouttes de solvants aqueux ou organiques, et des supports solubles ou insolubles de l'art antérieur. Exposé de l'inventionThere is therefore a real need for a reactor that does not have the aforementioned drawbacks of channel microsystems, micro-systems with aqueous or organic solvent drops, and soluble or insoluble supports of the prior art. Presentation of the invention
La présente invention répond précisément à ce besoin, et à d'autres encore, expliqués ci-dessous, en fournissant un microréacteur caractérisé en ce qu'il est constitué d'une goutte comprenant au moins un liquide ionique.The present invention precisely meets this need, and still others, explained below, by providing a microreactor characterized in that it consists of a drop comprising at least one ionic liquid.
La présente invention répond encore à ce besoin, et à d'autres encore, expliqués ci-dessous, en fournissant, selon un premier mode de réalisation, un procédé de mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une goutte d'au moins un liquide ionique sur une surface ; introduction dans le, au moins un, liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte, d'au moins un réactif chimique ou biochimique, faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans ladite goutte, le réactif avec le liquide ionique ou les réactifs entre eux. La présente invention répond encore à ce besoin, et à d'autres encore, expliqués ci-dessous, en fournissant, un procédé de mélange de gouttes de liquide ionique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une première goutte d'au moins un premier liquide ionique sur une surface ; dépôt d'une deuxième goutte d'au moins un deuxième liquide ionique sur ladite surface ; éventuellement introduction dans le premier liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un premier réactif chimique ou biochimique ; éventuellement introduction dans le deuxième liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un deuxième réactif chimique ou biochimique ; - réunion de la première goutte et de la deuxième goutte de manière à former une seule goutte.The present invention still meets this need, and still others, explained below, by providing, according to a first embodiment, a method of implementing a chemical or biochemical reaction comprising the following steps: a drop of at least one ionic liquid on a surface; introducing into the at least one ionic liquid, before or after depositing it in the form of a drop, of at least one chemical or biochemical reagent, reacting chemically or biochemically, in said drop, the reagent with the ionic liquid or the reagents between them. The present invention still meets this need, and still others, explained below, by providing a method for mixing drops of ionic liquid comprising the following steps: depositing a first drop of at least a first ionic liquid on a surface; depositing a second drop of at least one second ionic liquid on said surface; optionally introducing into the first ionic liquid, before or after its deposition in the form of a drop on the surface, of at least a first chemical or biochemical reagent; optionally introducing into the second ionic liquid, before or after its dropwise deposit on the surface, at least one second chemical or biochemical reagent; - meeting the first drop and the second drop so as to form a single drop.
Ainsi, les gouttes de liquides ioniques, identiques ou différentes par leur volume et/ou leur contenu, comprenant chacune ou non, indépendamment l'une de l'autre, un ou plusieurs réactif (s) , et comprenant chacune ou non, indépendamment l'une de l'autre, un solvant, sont mélangées entre elles, et donc également leur contenu éventuel, par réunion desdites gouttes en une seule goutte. L'étape de réunion des gouttes peut être suivie d'une étape consistant à faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans la goutte formée par leur réunion, des réactifs lorsqu'ils sont présents dans l'une et/ou l'autre des gouttes entre eux et/ou avec le premier et/ou le deuxième liquide (s) ionique (s) , en particulier lorsque ce (ces) liquide (s) ionique (s) est (sont) fonctionnalisé (s) .Thus, the drops of ionic liquids, identical or different in their volume and / or their content, each comprising or not, independently of one another, one or more reagent (s), and each including or not, independently l one of the other, a solvent, are mixed together, and therefore also their possible content, by combining said drops in a single drop. The step of joining the drops may be followed by a step of chemically or biochemically reacting, in the drop formed by their meeting, reagents when they are present in one and / or the other of the drops between them and / or with the first and / or the second ionic liquid (s), in particular when this (these) ionic liquid (s) is (are) functionalized.
La présente invention répond donc, par exemple, encore au besoin précité, et à d'autres encore exposés ci-dessous, en fournissant, selon un deuxième mode de réalisation, un procédé de mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique comprenant les étapes suivantes : dépôt d'une première goutte d'au moins un premier liquide ionique sur une surface ; dépôt d'une deuxième goutte d'au moins un deuxième liquide ionique sur ladite surface ; introduction dans le premier liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un premier réactif chimique ou biochimique ; introduction dans le deuxième liquide ionique, avant ou après son dépôt sous forme de goutte sur la surface, d'au moins un deuxième réactif chimique ou biochimique ; réunion, sur ladite surface, de la première goutte et de la deuxième goutte de manière former une seule goutte ; et faire réagir chimiquement ou biochimiquement, dans la goutte formée par la première et la deuxième gouttes réunies, ledit premier réactif avec ledit deuxième réactif.The present invention therefore, for example, still meets the above-mentioned need, and still others, described below, by providing, according to a second embodiment, a method for implementing a chemical or biochemical reaction comprising the following steps: depositing a first drop of at least one first ionic liquid on a surface; depositing a second drop of at least one second ionic liquid on said surface; introducing into the first ionic liquid, before or after depositing in the form of a drop on the surface, at least one first chemical or biochemical reagent; introducing into the second ionic liquid, before or after its dropwise deposit on the surface, at least a second chemical or biochemical reagent; meeting, on said surface, the first drop and the second drop to form a single drop; and chemically or biochemically react in the drop formed by the first and second joined drops, said first reagent with said second reagent.
La présente invention a pour but de fournir une nouvelle utilisation des liquides ioniques en tant que microréacteur, plus particulièrement pour des applications dans les techniques d'analyse et les réactions chimiques et biochimiques réalisées sur des laboratoires sur puce. Elle se rapporte donc également à un laboratoire sur puce comprenant au moins un microréacteur selon l'invention.The present invention aims to provide a new use of ionic liquids as a microreactor, more particularly for applications in analytical techniques and chemical and biochemical reactions carried out on laboratories on a chip. It therefore also relates to a laboratory on a chip comprising at least one microreactor according to the invention.
En fait, le microréacteur de la présente invention est un réacteur sans paroi : c'est l'interface du liquide ionique avec le milieu ambiant qui défini les limites du microréacteur. C'est pourquoi, dans la présente description, il est également appelé « microréacteur goutte ». l'In fact, the microreactor of the present invention is a reactor without wall: it is the interface of the ionic liquid with the ambient environment which defines the limits of the microreactor. Therefore, in the present description, it is also called "drop microreactor". the
Les liquides ioniques, sur la base desquels la présente invention est mise en œuvre, présentent un certain nombre de propriétés physico-chimiques intéressantes décrites dans le document [9] . Ces propriétés sont notamment : leurs faibles volatilités et leurs tensions de vapeur très faibles : les liquides ioniques sont très peu volatils et ont des tensions de vapeur très faibles contrairement aux solvants organiques volatils (« VOS » pour « Volatil Organic Solvents ») et aux solvants aqueux donc pas de problème d'évaporation lors de leur utilisation en format goutte. Ils sont notamment moins volatils que l'eau et la plupart des solvants organiques tels que, par exemple, l'éther, le tétrahydrofurane, le dichlorométhane, le chloroforme, l'éthanol, le méthanol, le toluène, acétonitrile, solvants dont la température d'ébullition est inférieure ou égale à 1100C. Au-delà de cette température, ils passent à l'état gazeux, et ne sont plus utilisables comme solvants en chimie dans des réacteurs classiques. En revanche, les liquides ioniques ne présentent pas ce problème. leur grande stabilité thermique : les liquides ioniques sont très stables thermiquement, certains jusqu'à plus de 4000C, contrairement à leur faible inflammabilité, leur fort pouvoir de solubilisation aussi bien des sels que des molécules organiques neutres et des polymères, et de divers matériaux comme les complexes de métaux de transition, par exemple tels que des catalyseurs ; leur recyclage est aisé. ils peuvent être fonctionnalisés et peuvent alors servir de supports solubles à forte charge spécifique et permettre de réaliser des réactions avec la même réactivité qu'en solution aqueuse ou organique. les réactions chimiques et biochimiques peuvent y être suivies facilement par les techniques d'analyses modernes telles que la résonance magnétique nucléaire (RMN) ou les techniques de chromatographie haute performance (HPLC) ; la purification des produits réactionnels est aisée.The ionic liquids, on the basis of which the present invention is implemented, have a number of interesting physico-chemical properties described in document [9]. These properties include: their low volatilities and very low vapor pressures: ionic liquids have very low volatility and very low vapor pressures, unlike Volatile Organic Solvents (VOS) and solvents. aqueous so no evaporation problem when used in droplet format. They are especially less volatile than water and most organic solvents such as, for example, ether, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, ethanol, methanol, toluene, acetonitrile, solvents whose temperature boiling point is less than or equal to 110 ° C. Above this temperature, they pass into the gaseous state, and are no longer usable as solvents in chemistry in conventional reactors. In contrast, ionic liquids do not present this problem. their high thermal stability: the ionic liquids are very thermally stable, some up to more than 400 0 C, in contrast to their low flammability, their high solubilization of salts as well as neutral organic molecules and polymers, and various materials such as transition metal complexes, for example such as catalysts; their recycling is easy. they can be functionalized and can then serve as soluble supports with a high specific load and make it possible to carry out reactions with the same reactivity as in aqueous or organic solution. chemical and biochemical reactions can easily be followed by modern analysis techniques such as nuclear magnetic resonance (NMR) or high performance chromatography (HPLC) techniques; the purification of the reaction products is easy.
Les propriétés suivantes des liquides ioniques, peuvent également être citées, notamment pour leur intérêt dans les applications laboratoires sur puce : ces liquides sont utilisables en électrochimie et possèdent une grande fenêtre électrochimique ; et ils sont compatibles avec des molécules biologiques tels que des enzymes, des protéines, des acides nucléiques (ADN et ARN) , des glycoprotéines, des lipides, etc.The following properties of ionic liquids can also be cited, particularly for their interest in laboratory-on-a-chip applications: these liquids can be used in electrochemistry and have a large electrochemical window; and they are compatible with biological molecules such as enzymes, proteins, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids, etc.
Selon l'invention, le, au moins un, liquide ionique peut être choisi parmi tous les liquides ioniques et sels d'onium appropriés connus de l'homme du métier, ainsi que parmi leurs mélanges. Les documents [9] et [10] décrivent des exemples de liquides ioniques, les sels d'onium et leurs mélanges utilisables pour mettre en œuvre la présente invention, ainsi que leurs propriétés physicochimiques et leur(s) procédé (s) de fabrication. Le liquide idnigue utilisable se présente sous forme liquide à température ambiante, il peut être représenté par la formule Ax +Xi" , dans laquelle A1 + représente un cation, fonctionnel ou non ou bien un mélange de cations dans lequel soit aucun des cations n'est fonctionnel, soit l'un au moins des cations est fonctionnel, et dans laquelle Xi" est un anion fonctionnel ou non, ou un mélange d'anions dans lequel soit aucun des anions n'est fonctionnel soit l'un au moins des anions est fonctionnel. L'expression « liquide ionique » désigne en général un sel ou un mélange de sels dont le point de fusion est compris entre -1000C et 2500C.According to the invention, the at least one ionic liquid may be chosen from any suitable ionic liquids and onium salts known to those skilled in the art, as well as from their mixtures. The documents [9] and [10] describe examples of ionic liquids, onium salts and their mixtures that can be used to implement the present invention, as well as their physicochemical properties and their manufacturing method (s). The usable liquid liquid is in liquid form at room temperature, it can be represented by the formula A x + Xi " , in which A 1 + represents a cation, functional or not, or a mixture of cations in which either of the cations is functional, at least one of the cations is functional, and in which Xi " is a functional anion or not, or a mixture of anions in which either none of the anions is functional or at least one anions is functional. The expression "ionic liquid" generally means a salt or a mixture of salts whose melting point is between -100 ° C. and 250 ° C.
Par « liquide ionique », sans autre précision, on entend un liquide ionique pur ou un mélange de liquides ioniques, fonctionnalisé (s) ou non, ou un mélange d'un ou de plusieurs liquides ioniques, fonctionnalisé (s) ou non, avec un ou plusieurs réactifs et/ou solvants. Par « liquide ionique non fonctionnalisé » ouThe term "ionic liquid", without further specification, means a pure ionic liquid or a mixture of ionic liquids, functionalized or not, or a mixture of one or more ionic liquids, functionalized or not, with one or more reagents and / or solvents. By "non-functional ionic liquid" or
« liquide ionique matrice », on entend un liquide ionique capable de solubiliser une ou plusieurs espèces chimiques ou biologiques telles que les sels minéraux ou organiques, les molécules organiques, les polymères d'origine naturelle ou synthétique. L'expression « liquide ionique non fonctionnalisé » désigne donc un solvant constitué d'un liquide ionique. Ces nouveaux « solvants » sont non volatils et ont une très faible tension de vapeur. Ils sont également polaires et ont la capacité de dissoudre des sels d'onium fonctionnalisés pouvant alors servir de supports solubles comme décrit dans le document [10] . Ils peuvent être utilisés purs ou en mélange."Matrix ionic liquid" means an ionic liquid capable of solubilizing one or more chemical or biological species such as inorganic or organic salts, organic molecules, polymers of natural or synthetic origin. The expression "nonfunctional ionic liquid" therefore refers to a solvent consisting of an ionic liquid. These new "solvents" are non-volatile and have a very low vapor pressure. They are also polar and have the ability to dissolve functionalized onium salts that can then be used as supports soluble as described in [10]. They can be used pure or in mixture.
Par « liquide ionique fonctionnalisé » ou « liquide ionique à tâche spécifique » ou « liquide ionique dédié », on entend un liquide ionique de formule indiquée ci-dessus, dont soit le cation, soit l'anion, ou les deux, est (sont) porteur(s) d'une fonction capable de réagir avec un réactif présent dans la goutte. Ils peuvent être utilisés purs ou en mélange.By "functionalized ionic liquid" or "task-specific ionic liquid" or "dedicated ionic liquid" is meant an ionic liquid of the formula indicated above, of which either the cation, the anion or both is ) carrier (s) of a function capable of reacting with a reagent present in the drop. They can be used pure or in mixture.
L'expression « cation fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui possède au moins une fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge positive. L'expression « anion fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui possède au moins une fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge négative. L'expression « cation non fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui ne possède pas de fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge positive. L'expression « anion non fonctionnel » désigne un groupe moléculaire qui ne possède pas de fonction chimique, une partie de ce groupe portant une charge négative.The term "functional cation" refers to a molecular group that has at least one chemical function, a portion of this group carrying a positive charge. The term "functional anion" refers to a molecular group that has at least one chemical function, a portion of this group carrying a negative charge. The term "non-functional cation" refers to a molecular group that does not have a chemical function, a portion of this group bearing a positive charge. The term "non-functional anion" refers to a molecular group that does not have a chemical function, a portion of this group carrying a negative charge.
Lorsque le liquide ionique A1 +Xi" ne comporte aucun ion fonctionnel, il est appelé « liquide ionique non fonctionnalisé ». Il sert de milieu réactionnel inerte ou matrice vis-à-vis des réactifs mais est capable de les dissoudre.When the ionic liquid A 1 + Xi " does not contain any functional ion, it is called" non-functionalized ionic liquid. "It serves as an inert reaction medium or matrix with respect to the reactants but is capable of dissolving them.
Lorsque le liquide ionique Ax +Xi" comporte au moins un ion fonctionnel, il est appelé « liquide ionique fonctionnalisé ». Il peut servir pour une part de milieu réactionnel et pour une autre part de support soluble ou matrice.When the ionic liquid A x + Xi " has at least one functional ion, it is called" functionalized ionic liquid ". reaction medium and for another part of soluble support or matrix.
Dans la présente invention, ledit au moins un liquide ionique peut donc être un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé, mais aussi, un mélange de liquide(s) ionique(s) fonctionnalisé (s) et de liquide(s) ionique(s) non fonctionalisé (s) . La goutte de liquide ionique formant le microréacteur peut donc comprendre en plus du liquide ionique, fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou bien, en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé.In the present invention, said at least one ionic liquid can therefore be a functionalized or non-functionalized ionic liquid, but also a mixture of functionalized ionic liquid (s) and ionic liquid (s). non-functionalized. The drop of ionic liquid forming the microreactor may therefore comprise, in addition to the functionalized ionic liquid, an unfunctionalized ionic liquid, or, in addition to the nonfunctionalized ionic liquid, a functionalized ionic liquid.
Le choix du, ou du mélange, de liquide(s) ionique(s) dépend du mélange et/ou de la réaction chimique ou biochimique qui sera mise en œuvre dans leThe choice of the or mixture of ionic liquid (s) depends on the mixture and / or the chemical or biochemical reaction that will be implemented in the
« réacteur goutte » de la présente invention."Drop reactor" of the present invention.
Le fait d'avoir des mélanges de liquides ioniques n'est pas gênant, dans le cas où tous les constituants du mélange sont inertes chimiquement dans les conditions d'utilisation lorsque cette inertie est requise dans la mise en œuvre de la présente invention.The fact of having mixtures of ionic liquids is not a problem, in the case where all the constituents of the mixture are chemically inert under the conditions of use when this inertia is required in the practice of the present invention.
Par exemple, un mélange de sels de tétralkyl ammonium ou de phosphonium non fonctionnels peut être utilisé.For example, a mixture of non-functional tetralkylammonium salts or phosphonium salts may be used.
D'autre part, le point de fusion d'un mélange est inférieur au point de fusion du constituant du mélange qui fond à la température la plus basse. Il peut donc être très important d'avoir recours à un mélange pour disposer d'un liquide ionique à température de fusion raisonnable. Certains sels fonctionnalisés, en particulier ceux avec de gros anions tels que NTf2", PFε"/ BF4 " ou CF3SO3 ", peuvent être liquides à température ambiante ou fondre à basse température, par exempleOn the other hand, the melting point of a mixture is lower than the melting point of the constituent of the mixture which melts at the lowest temperature. It may therefore be very important to use a mixture to have an ionic liquid with a reasonable melting point. Some functionalized salts, especially those with large anions such as NTf2 "PFε" / BF 4 "or CF 3 SO 3 " , can be liquid at room temperature or melted at a low temperature, for example
Me :3,NN+ . °H.NTf2 est liquide à température ambiante. Ce liquide ionique est préparé par alkylation de Me3N selon la réaction suivante :Me : 3, N N + . H.NTf 2 is liquid at room temperature. This ionic liquid is prepared by alkylation of Me 3 N according to the following reaction:
Me, N "OH , NTf2 Me, N " OH, NTf 2
Tf représentant CF3SO2 Tf representing CF 3 SO 2
Dans la présente invention il est possible d'utiliser en tant que Ai+ un cation non fonctionnel ou un mélange de cations non fonctionnels et en tant queIn the present invention it is possible to use as Ai + a non-functional cation or a mixture of non-functional cations and as a
Xi" un anion non fonctionnel ou un mélange d'anions non fonctionnels.Xi " a non-functional anion or a mixture of non-functional anions.
Dans la présente invention, il est également possible d'utiliser en tant que Ai+ un cation fonctionnel ou un mélange de cations dont l'un au moins est fonctionnel, et/ou en tant que X1 " un anion fonctionnel ou un mélange d'anions dont l'un au moins est fonctionnel, lesdits cations fonctionnels et anions fonctionnels correspondant à une entité ionique, à savoir respectivement cationique ou anionique, liée à au moins une fonction Fi, Fi variant de F0 à Fn, n étant un nombre entier variant de 1 à 10.In the present invention, it is also possible to use, as Al +, a functional cation or a cation mixture of which at least one is functional, and / or as X 1 " a functional anion or a mixture of anions of which at least one is functional, said functional cations and functional anions corresponding to an ionic entity, namely respectively cationic or anionic, linked to at least one function Fi, Fi varying from F 0 to F n , n being a integer ranging from 1 to 10.
L'expression « entité ionique » désigne la partie du cation ou de 1 'anion, qui porte la charge, respectivement positive ou négative. La fonction Fi peut notamment être choisie parmi les fonctions suivantes : hydroxyle, carboxylique, amide, sulfone, aminé primaire, aminé secondaire, aldéhyde, cétone, éthényle, éthynyle, diényle, éther, époxyde, phosphine (primaire, secondaire ou tertiaire) , azoture, imine, cétène,The term "ionic entity" refers to that portion of the cation or anion, which carries the charge, respectively positive or negative. The function Fi can be chosen in particular from the following functions: hydroxyl, carboxylic acid, amide, sulphone, primary amine, secondary amine, aldehyde, ketone, ethenyl, ethynyl, dienyl, ether, epoxide, phosphine (primary, secondary or tertiary), azide imine, ketene,
• cumulène, hétérocumulène, thiol, thioéther, sulfoxyde, groupements phosphores, hétérocycles, acide sulfonique, silane, stannane ou aryle fonctionnel, et toute fonction résultant d'une transformation chimique, thermique, photochimique ou par irradiation micro-onde des fonctions précédentes .• Cumulene, heterocumulene, thiol, thioether, sulfoxide, phosphorus groups, heterocycles, sulphonic acid, silane, stannane or functional aryl, and any function resulting from a chemical, thermal, photochemical or microwave irradiation transformation of the above functions.
Par exemple le, au moins un, liquide ionique peut être choisi parmi un sel d' imidazolium, plus généralement un sel d'ammonium, un sel de phosphonium, un sel d'onium ou un mélange de ces sels. Comme indiqué ci-dessus, ces sels peuvent être fonctionnalisés ou non fonctionnalisés .For example, the at least one ionic liquid may be chosen from an imidazolium salt, more generally an ammonium salt, a phosphonium salt, an onium salt or a mixture of these salts. As indicated above, these salts may be functionalized or non-functionalized.
A titre d'exemples de liquides ioniques servant de matrice, c'est-à-dire de liquides ioniques non fonctionnalisés, on peut citer les suivants : l-butyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate [bmim] [BF4] ; l-butyl-3-méthylimidazolium hexafluorophosphate [bmim] [PF6] ;As examples of matrix ionic liquids, that is to say unfunctionalized ionic liquids, there may be mentioned the following: 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [bmim] [BF 4 ]; 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate [bmim] [PF 6 ];
1-butyl-3-méthylimidazolium bis (trifluorométhylsulfonyl) imide [bmim] [NTf2] ; (l-éthyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate [émim] [PF6] ; et - butyltriméthylammonium bis (trifluorométhylsulfonyl) imide [btma] [NTf2] . Pour la mise en œuvre de la présente invention, on peut utiliser par exemple un liquide ionique tel que défini ci-dessus, dans une composition stable contenant en solution : au moins -ledit liquide ionique de formule Ai+Xi", jouant le rôle de matrice liquide, et, au moins un liquide ionique fonctionnalisé (« à tâche spécifique ») , par exemple un sel d'onium fonctionnalisé, de formule A2 +X2 ", comme support de réaction, le sel d'onium fonctionnalisé, par exemple le liquide ionique fonctionnalisé, étant dissous dans le liquide ionique non fonctionnalisé, pour former une phase homogène,1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [bmim] [NTf 2 ]; (1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate [emim] [PF 6 ] and -butyltrimethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [btma] [NTf 2 ]. For the implementation of the present invention, it is possible to use, for example, an ionic liquid as defined above, in a stable composition containing in solution: at least one ionic liquid of formula Ai + Xi " , acting as the liquid matrix, and at least one functionalized ionic liquid ("task-specific"), for example a functionalized onium salt, of formula A 2 + X 2 " , as a reaction support, the functionalized onium salt, by for example, the functionalized ionic liquid, being dissolved in the unfunctionalized ionic liquid, to form a homogeneous phase,
Ai+ représentant un cation non fonctionnel ou un mélange de cations dans lequel aucun des cations n'est fonctionnel, et Xi" représentant un anion non fonctionnel ou un mélange d'anions dans lequel aucun des anions n'est fonctionnel,Ai + representing a non-functional cation or a mixture of cations in which none of the cations is functional, and Xi " representing a non-functional anion or a mixture of anions in which none of the anions is functional,
A2 + représentant un cation, fonctionnel ou non, ou un mélange de cations dans lequel aucun des cations n'est fonctionnel ou dans lequel l'un au moins des cations est fonctionnel, et X2 " représentant un anion, fonctionnel ou non, ou un mélange d'anions dans lequel aucun des anions n'est fonctionnel ou dans lequel l'un au moins des anions est fonctionnel, sous réserve que A2 + et/ou X2 " représente (nt) ou comporte (nt) respectivement un cation fonctionnel et/ou un anion fonctionnel, lesdits cations fonctionnels et anions fonctionnels correspondant à une entité ionique Y-, à savoir respectivement cationique Y+- ou anionique Y"-, liée éventuellement par l'intermédiaire d'un bras L, notamment un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, à au moins une fonction Fi, Fi variant de F0 à Fn, n étant un nombre entier variant de 1 à 10, le cation fonctionnel pouvant être représenté sous la forme Y+-L-Fi, et 1 ' anion fonctionnel sous la forme Y"~ A 2 + representing a cation, functional or not, or a mixture of cations in which none of the cations is functional or in which at least one of the cations is functional, and X 2 " representing an anion, functional or otherwise, or a mixture of anions in which none of the anions is functional or in which at least one of the anions is functional, with the proviso that A 2 + and / or X 2 " represent (s) or include (s), respectively a functional cation and / or a functional anion, said functional cations and functional anions corresponding to an ionic entity Y-, namely respectively cationic Y + - or anionic Y " -, optionally linked via an arm L, in particular an alkyl group comprising from 1 to 20 carbon atoms, to at least one Fi, Fi function ranging from F 0 to F n , n being an integer varying from 1 to 10, the functional cation can be represented in the form Y + -L-Fi, and the functional anion in the form Y "~
(Dk-F1, k étant égal à 0 ou 1, et 1 'anion fonctionnel pouvant représenter, lorsque k est égal à 0, un anion simple, correspondant à Y~Fi, notamment choisi parmi : OH", F", CN", RO", RS", RSOJ, RCOj, RBFJ, où R représente un groupement alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ou un groupement aryle comprenant de 6 à 30 atomes de carbone.(Dk-F 1 , k being equal to 0 or 1, and the functional anion may represent, when k is equal to 0, a simple anion, corresponding to Y ~ Fi, in particular chosen from: OH " , F " , CN "RO", RS "RSOJ, RCOj, RBFJ, wherein R represents an alkyl group comprising from 1 to 20 carbon atoms or an aryl group comprising from 6 to 30 carbon atoms.
L'expression « composition stable » désigne un mélange homogène composé de la matrice liquide A1 +Xi" et du ou des sel (s) fonctionnalisé (s) A2 +X2 ". Cette composition est dite stable dans la mesure où elle ne subit pas de transformations spontanées au cours du temps. On peut vérifier que cette composition est stable par analyse spectroscopique à l'aide de la résonance magnétique nucléaire (RMN) , de 1 ' infrarouge (IR) , de l'ultraviolet (UV) visible, de la spectrométrie de masse ou de méthodes de chromatographie. L'expression « liquide ionique fonctionnalisé » désigne une entité de type A2 +X2 " dans laquelle le cation et/ou 1 'anion porte une fonction Fi telle que définie précédemment. Cette fonction confère audit liquide ionique fonctionnalisé et à la composition stable, dont il fait partie, des propriétés chimiques et/ou physico-chimiques . L'expression « sel d'onium fonctionnalisé » désigne les sels d'ammonium, de phosphonium, de sulfonium, ainsi que tous les sels résultant de la guaternarisation d'une aminé, d'une phosphine, d'un thioéther ou d'un hétérocycle contenant l'un ou plusieurs de ces hétéroatomes, et portant au moins une fonction Fi. Cette expression désigne aussi un sel d'onium dont le cation tel que défini ci-dessus n'est pas fonctionnalisé mais dont l'anion porte une fonction Fi. Cette expression peut également désigner un sel dont l'anion et le cation portent une fonction Fi. Un sel d'onium fonctionnalisé préféré est notamment choisi parmi les suivants :The expression "stable composition" designates a homogeneous mixture composed of the liquid matrix A 1 + Xi " and of the salt (s) functionalized (s) A 2 + X 2 " . This composition is said to be stable insofar as it does not undergo spontaneous transformations over time. It can be verified that this composition is stable by spectroscopic analysis using nuclear magnetic resonance (NMR), infrared (IR), visible ultraviolet (UV), mass spectrometry or radiation methods. chromatography. The expression "functionalized ionic liquid" designates an entity of type A 2 + X 2 " in which the cation and / or the anion carries a function Fi as defined above.This function confers on said functionalized ionic liquid and on the stable composition , of which it forms part, chemical and / or physicochemical properties. The term "functionalized onium salt" refers to the ammonium, phosphonium and sulphonium salts, as well as all the salts resulting from the guaternization of an amine, a phosphine, a thioether or a heterocycle containing one or more of these heteroatoms, and bearing at least one function Fi. This expression also denotes an onium salt whose cation as defined above is not functionalized but whose anion carries a function Fi. This expression may also denote a salt whose anion and cation carry a function Fi. A preferred functionalized onium salt is especially chosen from the following:
Me3N ,CI"ou NTf2ou PF6 "ou BF4 " Me 3 N, CI " or NTf 2 or PF 6 " or BF 4 "
Me,N+ ,CI"ouNTf2ouPF6 "ouBF4 " Me, N + , CI " orNTf 2 or FP 6 " or BB 4 "
,CI"ouNTf2ouPF6 "ouBF4 " , CI " ouNTf 2 ouPF 6 " orBF 4 "
m étant un nombre entier compris de 0 à 20.m being an integer from 0 to 20.
Un sel d'onium non fonctionnalisé préféré est notamment choisi parmi les suivants : cations imidazolium, pyridinium Me3N+-Bu ou Bu3P+-Me, anions NTf2 ", PF6 " ou BF4 ". Dans la présente invention, les liquides ioniques peuvent donc être utilisés purs ou bien en mélange. Il peut s'agir par exemple d'un liquide ionique à tâches spécifiques à une certaine concentration dans un autre liquide ionique servant de l'A preferred non-functionalized onium salt is especially chosen from the following: imidazolium, pyridinium Me 3 N + -Bu or Bu 3 P + -Me, NTf 2 " anions, PF 6 " or BF 4 " . In the present invention the ionic liquids can therefore be used pure or in a mixture, for example an ionic liquid with specific tasks at a certain concentration in another ionic liquid serving as the
matrice, par exemple pour réaliser des réactions supportées comme décrit dans le document [10] . Le sel fonctionnel dissous dans la matrice peut être un liquide ou un. solide à point de fusion élevé, l'important est qu'il soit soluble dans la matrice. Il peut s'agir également d'un liquide ionique dissout dans un ou des solvant (s), le cas échéant choisi pour être compatibles avec les techniques de déplacement de la ou des goutte (s) lorsque ces techniques sont mises en œuvre dans le cadre de la présente invention. Un sel d'onium fonctionnalisé liquide à une température inférieure à 1000C peut être un liquide ionique à tâche spécifique ou une solution d'un sel fonctionnalisé dans une matrice liquide ionique non fonctionnelle. Selon l'invention, lorsque le liquide ionique formant le microréacteur comprend au moins un solvant, il peut s'agir de tout solvant utile pour mettre en œuvre la présente invention, de préférence compatible avec le ou les liquides ionique (s) utilisé (s) , de préférence miscible ou partiellement miscible. Dans ce dernier cas, le solvant est suffisamment miscible pour permettre la mise en œuvre du mélange ou de la réaction chimique conformément à la présente invention.matrix, for example to carry out supported reactions as described in document [10]. The functional salt dissolved in the matrix may be a liquid or a liquid. solid with high melting point, the important thing is that it is soluble in the matrix. It may also be an ionic liquid dissolved in a solvent or solvents, if appropriate chosen to be compatible with the techniques of displacement of the drop (s) when these techniques are implemented in the of the present invention. A liquid functionalized onium salt at a temperature below 100 ° C. may be a specific-task ionic liquid or a solution of a salt functionalized in a non-functional ionic liquid matrix. According to the invention, when the ionic liquid forming the microreactor comprises at least one solvent, it can be any solvent useful for implementing the present invention, preferably compatible with the ionic liquid (s) used (s). ), preferably miscible or partially miscible. In the latter case, the solvent is sufficiently miscible to allow the implementation of the mixture or the chemical reaction according to the present invention.
Le, au moins un, solvant peut être choisi par exemple parmi les solvants organiques tels que le dichlorométhane, le chloroforme, le trichloréthylène, le dichlorométhylène, le toluène, acétonitrile, le propionitrile, le dioxane, la N-méthylpyrrolidone, le tétrahydrofurane (THF) , diméthylformamide (DMF) , l'acétate d'éthyle, l'éthanol, le méthanol, l'heptane, l'hexane, le pentane, l'éther de pétrole, le l'The at least one solvent may be chosen for example from organic solvents such as dichloromethane, chloroform, trichlorethylene, dichloromethylene, toluene, acetonitrile, propionitrile, dioxane, N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran (THF ), dimethylformamide (DMF), ethyl acetate, ethanol, methanol, heptane, hexane, pentane, petroleum ether, the
cyclohexane acétone, isopropanol ; ou parmi les solvants aqueux tels que l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, la soude, etc. Cette liste n'est bien entendu pas limitative, et tout solvant compatible avec les liquides ioniques et avec le mélange et/ou la réaction chimique mise en œuvre est utilisable pour mettre en œuvre la présente invention.cyclohexane acetone, isopropanol; or from aqueous solvents such as sulfuric acid, phosphoric acid, sodium hydroxide, etc. This list is of course not limiting, and any solvent compatible with the ionic liquids and with the mixture and / or the chemical reaction implemented can be used to implement the present invention.
On peut utiliser des solvants volatiles tels que ceux précités (VOS et précédents) miscibles aux liquides ioniques. Ces solvants s'évaporent, notamment lorsqu'on chauffe.Volatile solvents such as those mentioned above (VOS and above) that are miscible with ionic liquids can be used. These solvents evaporate, especially when heated.
Selon l'invention, le liquide ionique formant le microréacteur peut comprendre également au moins un réactif. Ce (ces) réactif (s) peut (peuvent) par exemple être celui (ceux) utilisé (s) pour effectuer, dans le microréacteur goutte de la présente invention, le ou les mélanges de réactifs et/ou la ou les réaction(s) chimique (s) ou biochimique (s) . Il peut s'agir également d'un ou de plusieurs réactif (s) utilisé (s) pour détecter et/ou analyser les produits initiaux et/ou finaux issus des réactions chimiques ou biochimiques effectuées dans le microréacteur.According to the invention, the ionic liquid forming the microreactor may also comprise at least one reagent. This (these) reagent (s) may (for example) be that (those) used (s) to perform, in the microreactor drop of the present invention, the reagent mixture (s) and / or the reaction (s) ) or biochemical (s). It may also be one or more reagent (s) used (s) for detecting and / or analyzing the initial and / or final products resulting from the chemical or biochemical reactions carried out in the microreactor.
Le, au moins un, réactif peut être introduit dans le liquide ionique sous forme de poudre (solide) , sous forme liquide ou en solution. Quelque soit le mode de mise en oeuvre de la présente invention, l'introduction du réactif peut se faire par simple dépôt du réactif liquide, dans ou sur le liquide ionique avant ou après le dépôt de la ou des gouttes sur la surface. Une homogénéisation du mélange liquide ionique/réactif peut ensuite être effectuée, par exemple par brassage, ou alors, lorsqu'il s'agit d'une goutte, par exemple par vibrations ou par simple agitation brownienne.The at least one reagent can be introduced into the ionic liquid in powder form (solid), in liquid form or in solution. Whatever the mode of implementation of the present invention, the introduction of the reagent can be done by simple deposition of the liquid reagent, in or on the ionic liquid before or after the deposition of the drop or drops on the surface. Homogenization of the ionic liquid / reagent mixture can then be carried out by example by stirring, or when it is a drop, for example by vibration or simple brownian agitation.
Selon l'invention, lorsque le réactif à introduire dans le liquide ionique est volatil, il est avantageusement possible de le fixer dans le microréacteur de la présente invention en utilisant un liquide ionique spécialement fonctionnalisé pour fixer ledit réactif. Ainsi, lorsque le réactif est introduit dans le liquide ionique, il est fixé par ce dernier et ne peut plus s' évaporer.According to the invention, when the reagent to be introduced into the ionic liquid is volatile, it is advantageously possible to fix it in the microreactor of the present invention by using a specially functionalized ionic liquid to fix said reagent. Thus, when the reagent is introduced into the ionic liquid, it is fixed by the latter and can no longer evaporate.
Lorsque le réactif est en solution, la solution est réalisée de préférence au moyen d'un solvant compatible chimiquement avec le liquide ionique, c'est- à-dire qui ne réagit chimiquement pas avec le liquide ionique, et, de préférence aussi, qui n'interfère pas avec la réaction chimique ou biochimique qui doit être mise en œuvre dans la goutte. Le solvant utilisé doit bien entendu aussi être, au moins partiellement, miscible avec le liquide ionique. Des exemples de solvants utilisables à cet effet sont donnés ci-dessus. Après introduction du réactif en solution dans le liquide ionique, le solvant utilisé peut rester dans le liquide ionique ou être évaporé du liquide ionique, par exemple par chauffage.When the reagent is in solution, the solution is preferably carried out using a solvent chemically compatible with the ionic liquid, that is to say which does not react chemically with the ionic liquid, and preferably also, which does not interfere with the chemical or biochemical reaction that must be implemented in the drop. The solvent used must of course also be at least partially miscible with the ionic liquid. Examples of solvents usable for this purpose are given above. After introducing the reagent in solution into the ionic liquid, the solvent used may remain in the ionic liquid or be evaporated from the ionic liquid, for example by heating.
Selon l'invention, lorsque le réactif est sous forme liquide ou en solution, il est également possible de déposer une goutte de cette solution de réactif sur la surface à proximité de la goutte de liquide ionique formant le microréacteur de la présente invention et de réunir ces deux gouttes en une seule goutte afin de mélanger leur contenu. La réunion de ces deux gouttes peut être faite par exemple par une des techniques de déplacement décrites ci-dessous, par exemple par électromouillage. Ainsi, l'introduction du réactif dans le microréacteur de la présente invention peut se faire par coalescence d'une goutte de liquide ionique et d'une goutte du réactif sur la surface.According to the invention, when the reagent is in liquid form or in solution, it is also possible to deposit a drop of this reagent solution on the surface near the drop of ionic liquid forming the microreactor of the present invention and to bring together these two drops in one drop in order to mix their contents. The combination of these two drops can be made for example by one of the displacement techniques described below, for example by electrowetting. Thus, the introduction of the reagent into the microreactor of the present invention may be by coalescing a drop of ionic liquid and a drop of reagent onto the surface.
Dans .le procédé de la présente invention, quelque soit le mode de réalisation, la ou les goutte (s) peut (peuvent) être déposée (s) sur la surface, par exemple d'un laboratoire sur puce, par toute technique connue de l'homme du métier, par exemple par une technique choisie dans le groupe comprenant un dépôt manuel, un dépôt par un dispenseur de gouttes automatisé ou non, par exemple à partir d'un réservoir de liquide ionique, ou bien un dépôt par fractionnement d'une goutte plus grosse déposée sur la surface.In the process of the present invention, whatever the embodiment, the drop (s) can (s) be deposited on the surface, for example of a lab-on-a-chip, by any known technique of the person skilled in the art, for example by a technique chosen from the group comprising a manual deposition, a deposition by an automated or non-automated drop dispenser, for example from an ionic liquid reservoir, or a deposition by fractionation of a larger drop deposited on the surface.
Selon l'invention, chaque goutte formant un microréacteur a un volume tel qu'il forme une goutte.According to the invention, each drop forming a microreactor has a volume such that it forms a drop.
Le cas échéant, lorsque la goutte doit être déplacée, cette goutte doit être déplaçable par la technique de déplacement choisie. Par exemple pour une utilisation dans un laboratoire sur puce, de manière générale, la goutte a un volume de 10 pi à quelques microlitres, par exemple. Lorsqu'une technique de déplacement de la goutte sur la surface est utilisée, de préférence, la goutte a un volume de 10 pi à 10 μl . La présente invention permet donc la réalisation de réactions chimiques ou biochimiques dans des réacteurs sans paroi de faible volume. Selon l'invention, la surface sur laquelle la goutte est déposée est de préférence une surface permettant la formation d'une goutte de liquide ionique sans que cette dernière ne s'étale trop, notamment afin d'éviter que des gouttes contiguës dont la coalescence n'était pas prévue se touchent (contamination non souhaitée entre des gouttes déposées sur la surface) . Il peut s'agir par exemple d'une surface de silice, une surface en verre, une surface en téflon, etc. Il s'agit en fait de la surface sur laquelle la réaction chimique ou biochimique est mise en œuvre en utilisant le microréacteur goutte de la présente invention. Il peut s'agir de toute surface appropriée pour fabriquer un laboratoire sur puce, et de préférence compatible avec les liquides ioniques. Le matériau de la surface est donc de préférence compatible avec le format goutte et, le cas échéant, avec la technique choisie de déplacement de la ou des goutte (s) . Si une technique de déplacement est utilisée, une surface préférée, par exemple de laboratoire sur puce, est bien entendu une surface présentant peu d'adhérence avec le ou les liquides ioniques utilisés, par exemple une surface hydrophobe ou rendue hydrophobe, par exemple en téflon.If necessary, when the drop has to be moved, this drop must be displaceable by the chosen displacement technique. For example for use in a lab-on-a-chip, in general, the drop has a volume of 10 μl to a few microliters, for example. When a technique of displacement of the drop on the surface is used, preferably the drop has a volume of 10 μl to 10 μl. The present invention thus makes it possible to carry out chemical or biochemical reactions in reactors without a small volume wall. According to the invention, the surface on which the drop is deposited is preferably a surface allowing the formation of a drop of ionic liquid without it spreading too much, especially in order to prevent contiguous drops whose coalescence was not expected to touch (unwanted contamination between drops deposited on the surface). It may be, for example, a silica surface, a glass surface, a Teflon surface, etc. This is in fact the surface on which the chemical or biochemical reaction is carried out using the drop microreactor of the present invention. It may be any surface suitable for making a lab-on-a-chip, and preferably compatible with ionic liquids. The material of the surface is therefore preferably compatible with the drop format and, where appropriate, with the chosen technique of displacement of the drop (s). If a displacement technique is used, a preferred surface, for example a lab on a chip, is of course a surface having little adhesion with the ionic liquid (s) used, for example a hydrophobic or hydrophobic surface, for example a Teflon surface. .
La surface peut présenter une ou plusieurs cavité (s) (creux) prévues pour recevoir la ou les gouttes ; une ou plusieurs saillie (s) ; il peut s'agir également d'une surface plane sans relief ; ou alors d'une combinaison de creux et/ou saillies et/ou surface plane. Lorsqu'une technique de déplacement par électromouillage est utilisée, la surface pourra être munie d'un fil conducteur (contre électrode) permettant l'The surface may have one or more cavities (recesses) provided to receive the drop or drops; one or more projections; it can also be a flat surface without relief; or else a combination of hollows and / or projections and / or planar surface. When an electrowetting displacement technique is used, the surface may be provided with a conductive wire (against electrode) allowing the
de polariser la goutte pour la déplacer comme décrit ci-dessous .to polarize the drop to move it as described below.
Cette surface peut être celle d'un laboratoire sur puce connu de l'homme du métier, couverte ou non d'un capot.This surface may be that of a lab-on-a-chip known to those skilled in the art, covered or not with a hood.
La présence d'un capot recouvrant la ou les gouttes et destiné à éviter évaporation du liquide ionique n'est avantageusement pas obligatoire. Cependant, elle pourra être requise si la réaction chimique mise en oeuvre nécessite des conditions particulières, par exemple une atmosphère inerte, un flux d'argon, ou une aspiration de produit volatils toxiques.The presence of a cover covering the drop or drops and intended to prevent evaporation of the ionic liquid is advantageously not mandatory. However, it may be required if the chemical reaction carried out requires particular conditions, for example an inert atmosphere, an argon flow, or a suction of toxic volatile products.
Selon l'invention, une première goutte d'un liquide ionique et une deuxième goutte d'un liquide ionique peuvent être déposées sur une surface, par exemple d'un laboratoire sur puce. Selon l'invention, on entend par l'expression « une première goutte d'un liquide ionique et une deuxième goutte d'un liquide ionique » qu'au moins deux gouttes identiques ou différentes, soit par la nature du liquide ionique, soit par la nature du ou de (s) réactif (s) introduit (s) dans le liquide ionique, sont déposées sur ladite surface. La présente description s'applique bien entendu, indépendamment, à chacune des gouttes déposées sur ladite surface.According to the invention, a first drop of an ionic liquid and a second drop of an ionic liquid may be deposited on a surface, for example a lab on a chip. According to the invention, the expression "a first drop of an ionic liquid and a second drop of an ionic liquid" is understood to mean that at least two drops that are identical or different, either by the nature of the ionic liquid or by the nature of the reagent (s) introduced into the ionic liquid are deposited on said surface. The present description applies of course, independently, to each of the drops deposited on said surface.
Dans le procédé de la présente invention, quelque soit le mode de réalisation, il est possible de déposer, par exemple, 1, 2, 3, 4, 5, à 1000 gouttes ou plus sur une même surface, ces gouttes étant identiques ou différentes, par leur volume et/ou par la nature du liquide ionique et/ou par la nature des réactifs introduits dans le liquide ionique. La présente invention présente donc un avantage particulier, notamment par sa facilité de mise en œuvre, pour réaliser sur un même laboratoire sur puce des réactions chimiques et/ou biochimiques en parallèle, par exemple des réactions multiparamétriques, par exemple sur un échantillon à analyser. Dans la mise en œuvre du procédé de l'invention, une première et une deuxième gouttes peuvent être réunies. Selon l'invention, on entend par l'expression « la première et la deuxième gouttes sont réunies » qu'au moins deux gouttes déposées sur la surface peuvent être réunies, en particulier pour les mélanger et/ou pour mélanger leur contenu, par exemple les premier et deuxième réactifs . Par « premier et deuxième réactifs », on entend au moins deux réactifs, chacune des gouttes pouvant comprendre un ou plusieurs réactifs, chacune des gouttes pouvant être constituée d'un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé.In the process of the present invention, whatever the embodiment, it is possible to deposit, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 1000 or more drops on the same surface, these drops being identical or different. , by their volume and / or by nature of the ionic liquid and / or by the nature of the reagents introduced into the ionic liquid. The present invention therefore has a particular advantage, particularly by its ease of implementation, to perform on the same laboratory on a chip chemical and / or biochemical reactions in parallel, for example multiparametric reactions, for example on a sample to be analyzed. In the implementation of the method of the invention, a first and a second drop can be combined. According to the invention, the expression "the first and second drops are combined" means that at least two drops deposited on the surface can be combined, in particular to mix them and / or to mix their contents, for example the first and second reagents. By "first and second reagents" means at least two reagents, each of the drops may comprise one or more reagents, each of the drops may consist of a functionalized or non-functionalized ionic liquid.
La réunion des deux gouttes, ou coalescence, peut donc permettre de déclencher la ou les réactions chimique (s) ou biochimique (s) ou simplement d'effectuer un mélange des réactifs et/ou liquides ioniques. Par exemple, si l'une des gouttes comprend un liquide ionique à tâche spécifique et l'autre un liquide ionique matrice et un réactif, la réunion, ou mise en contact, de ces gouttes de liquide ionique permet de réaliser la ou les réactions chimiques voulues entre le réactif et la fonction portée par le liquide ionique.The combination of the two drops, or coalescence, can therefore trigger the chemical or biochemical reaction (s) or simply perform a mixture of reagents and / or ionic liquids. For example, if one of the drops comprises a specific task ionic liquid and the other a matrix ionic liquid and a reagent, the meeting, or bringing into contact, of these drops of ionic liquid makes it possible to performing the desired chemical reaction (s) between the reagent and the function carried by the ionic liquid.
La réunion de plusieurs gouttes peut se faire simultanément ou successivement. En effet, dans un premier temps deux ou plusieurs gouttes peuvent être réunies en une seule goutte pour faire réagir chimiquement leur contenu lorsqu'elles sont mélangées, puis dans un deuxième temps une troisième goutte ou plus peut (peuvent) être ajoutée (s) au mélange des deux précédentes pour effectuer un mélange ou une autre réaction chimique ou biochimique, et ainsi de suite. Ainsi, une suite de réactions chimiques et/ou biochimiques peut être réalisée très facilement, par simple réunion de gouttes, grâce à la présente invention, par exemple sur un laboratoire sur puce.The meeting of several drops can be done simultaneously or successively. Indeed, initially two or more drops can be combined in a single drop to chemically react their contents when they are mixed, then in a second time a third or more drop can be added to the mixing the two previous ones to perform a mixture or another chemical or biochemical reaction, and so on. Thus, a series of chemical and / or biochemical reactions can be carried out very easily, by simple combination of drops, thanks to the present invention, for example on a lab-on-a-chip basis.
La mise en œuvre de la présente invention peut consister, suivant un premier exemple en la succession des étapes suivantes, comme illustré schématiquement sur la figure 1 annexée : -i- sur une surface, par exemple dans une chambre réactionnelle d'un laboratoire sur puce, on dépose une première goutte de liquide ionique (LI A) constituée d'un liquide ionique, ou d'un sel d'onium, fonctionnalisé par une fonction A capable de réagir ou non avec un réactif B, etThe implementation of the present invention may consist, according to a first example in the succession of the following steps, as illustrated schematically in Figure 1 attached: -i- on a surface, for example in a reaction chamber of a laboratory on a chip depositing a first drop of ionic liquid (LI A) consisting of an ionic liquid, or of an onium salt, functionalized with a function A capable of reacting or not with a reagent B, and
-ii- sur cette surface, on dépose une deuxième goutte d'un liquide ionique matrice contenant un réactif B.on this surface, a second drop of a matrix ionic liquid containing a reagent B is deposited.
-iii- on réunit la première et la deuxième gouttes, par exemple par une technique de déplacement telle que celles précitées, et -iv- après un temps adéquat de réaction chimique entre la fonction A et le réactif B, on obtient une goutte (LI C) , où le liquide ionique est fonctionnalisé par le produit (C) de la réaction A+B. « » indique une liaison chimique entre le liquide ionique et la fonction ou la molécule qui fonctionnalise le liquide ionique. Il peut s'agir par exemple d'une liaison covalente, etc.the first and second drops are combined, for example by a displacement technique such as those mentioned above, and after an adequate time of chemical reaction between the function A and the reagent B, a drop (LI C) is obtained, in which the ionic liquid is functionalized by the product (C) of the reaction A + B. "" Indicates a chemical bond between the ionic liquid and the function or molecule that functions the ionic liquid. It may be for example a covalent bond, etc.
Il est possible de réaliser d'autres réactions chimiques après fusions avec d'autres gouttes de liquide ionique contenant d'autres réactifs.It is possible to perform other chemical reactions after fusions with other drops of ionic liquid containing other reagents.
Dans un deuxième exemple (non représenté) , les deux gouttes de liquide ionique sont des liquides ioniques matrice, chacune des gouttes comprend un des réactifs A et B, et la mise en contact (coalescence) de ces deux gouttes de LI permet de réaliser un mélange des réactifs A et B dans la goutte de LI formée à partir des deux gouttes réunies ou une réaction entre les réactifs A et B. Dans cet exemple, les gouttes peuvent ne pas être des liquides ioniques fonctionnels, mais seulement des matrices. Dans ce dernier cas, les réactifs sont simplement en solution dans ces matrices qui jouent le rôle de solvant.In a second example (not shown), the two drops of ionic liquid are matrix ionic liquids, each of the drops comprises one of the reagents A and B, and the bringing into contact (coalescence) of these two drops of LI makes it possible to perform a mixing reagents A and B in the LI drop formed from the two joined drops or a reaction between reagents A and B. In this example, the drops may not be functional ionic liquids, but only matrices. In the latter case, the reagents are simply in solution in these matrices which act as solvents.
La mise en œuvre du procédé de l'invention peut aussi consister, suivant un troisième exemple, en la succession des étapes suivantes, en plus des étapes -i- à -iv- précitées, comme illustré schématiquement sur la figure 2 annexée :The implementation of the method of the invention may also consist, according to a third example, in the succession of the following steps, in addition to the above-mentioned steps, as illustrated diagrammatically in the appended FIG. 2:
-v- sur cette surface, on dépose une troisième goutte d'un liquide ionique contenant un réactif D (en même temps que le dépôt des deux premières dans les étapes -i- et -ii- ou après l'étape -ii- ou -iv-) ;on this surface, depositing a third drop of an ionic liquid containing a reagent D (together with the deposition of both first in steps -i- and -ii- or after step -ii- or -iv-);
-vi- on réunit la goutte de l'étape -iv- précédente avec la goutte de liquide ionique, par exemple par une technique de déplacement telle que celles précitées, etthe drop of the preceding step -iv-is combined with the drop of ionic liquid, for example by a displacement technique such as those mentioned above, and
-v- après un temps adéquat de réaction chimique entre le produit C et le réactif D, on obtient une goutte (LI E) , où le liquide ionique est fonctionnalisé par le produit (E) de la réaction C+D.after an adequate time of chemical reaction between the product C and the reagent D, a droplet (LI E) is obtained, in which the ionic liquid is functionalized by the product (E) of the C + D reaction.
Dans un quatrième exemple, où les liquides ioniques sont tous des liquides ioniques matrices, on obtient par réunion de trois gouttes de liquides ioniques comprenant chacune un des réactifs X, Y et Z, une goutte unique comprenant un mélange X+Y+Z.In a fourth example, in which the ionic liquids are all matrix ionic liquids, three drops of ionic liquids, each comprising one of the reactants X, Y and Z, are obtained by combining a single drop comprising an X + Y + Z mixture.
La présente invention peut aussi consister, suivant un cinquième exemple, en la mise en œuvre d'un procédé de préparation d'une molécule M fixée sur une fonction initiale F0, liée, dans la goutte de liquide ionique, éventuellement par l'intermédiaire d'un brasThe present invention may also consist, according to a fifth example, in the implementation of a method for preparing a molecule M attached to an initial function F 0 , bonded, in the drop of ionic liquid, optionally via an arm
L, notamment un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, à une entité ionique Y+-, faisant partie du cation A2 + du sel fonctionnalisé utilisé A2 +X2 ", et/ou Y"-, faisant partie de 1 'anion X2 " du sel fonctionnalisé utilisé A2 +X2 ", le cation étant sous la forme Y+-L-F0 et/ou 1 'anion étant sous la forme Y--(Dk-F0, k étant égal à 0 ou 1, lequel procédé comprenant les étapes suivantes, écrites à partir des définitions des liquides ioniques fournies ci-dessus : - une première addition d'un réactif B1 dans une goutte de liquide ionique de composition susmentionnée et la réaction entre ladite fonction F0, et le réactif Bi, conduisant à une fonction F1, liée à l'entité ionique Y+-, faisant partie du cation A2 + du sel fonctionnalisé A2 +X2 ", et/ou à l'entité ionique Y"-, faisant partie de l'anion X2 " du sel fonctionnalisé A2 +X2 ", selon l'un des schémas réactionnels suivants :L, in particular an alkyl group comprising from 1 to 20 carbon atoms, with an ionic entity Y + -, forming part of the cation A 2 + of the functionalized salt used A 2 + X 2 " , and / or Y " -, forming part of of the anion X 2 " of the functionalized salt used A 2 + X 2 " , the cation being in the form Y + -LF 0 and / or the anion being in the form Y - (Dk-F 0 , k being equal to 0 or 1, which process comprises the following steps, written from the definitions of the ionic liquids provided above: a first addition of a reagent B 1 in a drop of ionic liquid of composition mentioned above and the reaction between said function F 0 , and the reagent Bi, leading to a function F 1 , linked to the ionic entity Y + -, forming part of the cation A 2 + of the functionalized salt A 2 + X 2 " , and or at the ionic entity Y " -, forming part of the anion X 2 " of the functionalized salt A 2 + X 2 " , according to one of the following reaction schemes:
ou or
n-1 additions successives de réactifs Bi (au choix par l'intermédiaire d'une goutte de liquide ionique matrice, de réactifs solides, de réactifs liquides, ou d'une goutte de solution aqueuse de Bi) dans la goutte de liquide ionique de composition susmentionnée, l<i<n, n variant de 2 à 10, permettant, à chaque addition, la réaction entre le réactif Bi et une fonction Fi-1, conduisant à l'obtention d'une fonction F1, la (n-l)ième addition du réactif Bn sur la fonction Fn_! conduisant à l'obtention de la fonction Fn, les n-1 additions pouvant être représentées selon l'un des schémas réactionnels suivants :n-1 successive additions of Bi reagents (optionally via a drop of ionic matrix liquid, solid reagents, liquid reagents, or a drop of aqueous Bi solution) in the ionic liquid drop of aforementioned composition, l <i <n, n ranging from 2 to 10, allowing, at each addition, the reaction between the reagent Bi and a function Fi -1 , leading to obtaining a function F 1 , la (nl ) th addition of the reagent B n to the function F n _! leading to obtaining the function F n , the n-1 additions being able to be represented according to one of the following reaction schemes:
Y+-L-F15X" 2→γ+_L_F2jX- γ+_L_F._i3χ-Y + -LF 15 X "2 → γ + _ L _ F2jX - γ + _ L _ F ._ i3 χ-
Y+-L-Fn,X~<—^-Y+-L-E,X" *-Bl J ouY + -LF n , X ~ <- ^ - Y + -LE, X " * - Bl J or
B,B
A+ Y- -CL^-F1- →A+J- -(L) -F2...A+,Y- -^k-Fi-iA + Y- -CL ^ -F 1 - → A + J- - (L) -F 2 ... A +, Y- - ^ k- F ii
B • _. Bi B • _. Bi
A+ Y"-(L), -Fn^-J- A+ Y--(Lk-Fi <-^-JA + Y " - (L), -Fn ^ - J - A + Y - (Lk-Fi <- ^ - J
clivage de la fonction Fn, liée à l'entité ionique Y+- ou Y"- respectivement du cation A2 + et/ou de 1 ' anion X2 ", permettant de récupérer d'une part le sel fonctionnalisé A2 +X2 ' sous la forme Y+-L-F0, X2 " ou A2 +, Y--(L)^-F0, en solution dans le liquide ionique Ai+Xi", ou sous la forme Y+-L-FO, X2 " ou A2 +, Y"- (L)k-FO, dans laquelle F'o représente une fonction différente de F0, et d'autre part la molécule M, selon l'un des schémas réactionnels suivants :cleavage of the function F n , linked to the ionic entity Y + - or Y " - respectively of the cation A 2 + and / or of the anion X 2 " , making it possible to recover on the one hand the functionalized salt A 2 + X 2 ' in the form Y + -LF 0 , X 2 " or A 2 + , Y - (L) ^ - F 0 , in solution in the ionic liquid Ai + Xi " , or in the form Y + -L -FO, X 2 " or A 2 + , Y " - (L) k -FO, in which F ' o represents a function different from F 0 , and on the other hand the molecule M, according to one of the reaction schemes following:
γ+-L-Fn?χ- clivage )M+Y+-L-F0,X- ouγ + - L - Fn? χ- Cliva g e) M + Y + -LF 0, X or
Y+ -L - F' , XI Cllvage ) M + Y+ - L -F' XI ouY + -L - F ', XI Cleavage ) M + Y + - L-F' XI or
A+, Y" - (L)k - Fn Cllvage ) M + A+, Y" - (L)k - F0 ouA + , Y " - (L) k - F n Cleavage ) M + A + , Y " - (L) k - F 0 or
Clivage )>MM+I Cleavage )> MM + I
Les réactifs B0 à Bn peuvent être apportés successivement par l'intermédiaire d'une goutte de liquide ionique matrice fusionnée à la goutte de liquide ionique fonctionnalisée. La molécule M est récupérée à la fin du procédé de préparation mis ' en œuvre. Le document [10] décrit ce type de protocole utilisable dans la présente invention. Dans un sixième exemple, on peut fusionner des gouttes de liquides ioniques contenant des réactifs supportés conduisant au final à un multisel en solution dans une matrice LI. On peut alors revenir à l'exemple précédent et faire réagir des réactifs non supportés par l'intermédiaire de fusion avec des gouttes de liquides ioniques matrices contenant ces réactifs.Reagents B 0 to B n can be introduced successively via a drop of matrix ionic liquid fused to the drop of functionalized ionic liquid. The molecule M is recovered at the end of the preparation process used. Document [10] describes this type of protocol that can be used in the present invention. In a sixth example, drops of ionic liquids containing supported reagents can be fused, ultimately resulting in a multisel in solution in a LI matrix. We can then go back to the previous example and react unsupported reactants through fusion with drops of matrix ionic liquids containing these reagents.
Ainsi, par coalescences successives de gouttes selon le procédé de l'invention, on peut réaliser successivement des mélanges et réactions, dans des liquides ioniques matrice ou avec des liquides ioniques fonctionnalisés pour mettre en œuvre de très nombreux type de réactions chimiques et biochimiques, de la même manière que dans un réacteur classique.Thus, by successive coalescences of drops according to the process of the invention, it is possible successively to carry out mixtures and reactions, in ionic matrix liquids or with ionic liquids functionalized to carry out many types of chemical and biochemical reactions, the same way as in a conventional reactor.
Les possibilités d'enchaînements d'étapes conformes à la présente invention sont donc infinies.The possibilities of sequences of steps according to the present invention are therefore infinite.
Dans ces enchaînements, les liquides ioniques matrices ou fonctionnalisés utilisés lors des différentes réactions peuvent être identiques ou différents. Ainsi, selon l'invention, ledit, au moins un, premier liquide ionique et ledit, au moins un, deuxième liquide ionique sont indépendamment choisis parmi un liquide ionique fonctionnalisé ou non fonctionnalisé. Le premier liquide ionique peut donc comprendre en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique non fonctionnalisé, ou alors ; en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé. De même, et de manière indépendante, le deuxième liquide ionique peut comprendre en plus du liquide ionique fonctionnalisé, un liquide ionique . non . fonctionnalisé, ou alors, en plus du liquide ionique non fonctionnalisé, un liquide ionique fonctionnalisé. Bien entendu, la première goutte et la deuxième goutte peuvent être identiques ou différentes et peuvent avoir, indépendamment, des volumes tels qu'indiqué ci-dessus. L'étape consistant à faire réagir chimiquement ou biochimiquement le réactif ou les réactifs entre eux ou avec la fonction portée par un liquide ionique d'une goutte est effectuée comme toute étape de réaction chimique ou biochimique dans un réacteur classique de l'art antérieur, c'est-à-dire à parois, mis à part qu'elle est effectuée dans le microréacteur goutte de la présente invention, c'est-à-dire dans la goutte de liquide ionique fonctionnalisée ou non.In these sequences, the matrix or functionalized ionic liquids used during the different reactions may be identical or different. Thus, according to the invention, said at least one first ionic liquid and said at least one second ionic liquid are independently selected from a functionalized or non-functionalized ionic liquid. The first ionic liquid may therefore comprise, in addition to the functionalized ionic liquid, an unfunctionalized ionic liquid, or else; in addition to the unfunctionalized ionic liquid, a liquid ionic functionalised. Similarly, and independently, the second ionic liquid may comprise in addition to the functionalized ionic liquid, an ionic liquid. no . functionalized, or else, in addition to the unfunctionalized ionic liquid, a functionalized ionic liquid. Of course, the first drop and the second drop may be the same or different and may have, independently, volumes as indicated above. The step of chemically or biochemically reacting the reagent or reagents with each other or with the function carried by an ionic liquid of a drop is carried out as any chemical or biochemical reaction step in a conventional reactor of the prior art, that is to say with walls, except that it is carried out in the microreactor drop of the present invention, that is to say in the drop of ionic liquid functionalized or not.
Selon l'invention, il peut s'agir de toute réaction chimique ou biochimique. On peut citer à titre d'exemple de réactions réalisables dans le microréacteur de la présente invention les suivantes :According to the invention, it can be any chemical or biochemical reaction. Examples of possible reactions in the microreactor of the present invention include the following:
Les réactions de chimie combinatoire et de synthèses sur support soluble, comme par exemple celles décrites dans le document [11] .Combinatorial chemistry reactions and syntheses on soluble support, such as those described in document [11].
Les réactions enzymatiques ; on peut citer par exemple les réactions utilisant les lipases comme celles décrites -dans le document [12] . Les réactions de catalyse ; on peut citer par exemple la métathèse des oléfines comme celle décrite dans le document [13] .Enzymatic reactions; for example, reactions using lipases such as those described in document [12]. Catalysis reactions; for example, metathesis of olefins such as that described in document [13].
Les réactions dangereuses. ; on peut citer par exemple les réactions faisant intervenir des azotures comme décrit dans le document [14] .Hazardous reactions ; examples that may be mentioned are reactions involving azides as described in document [14].
Les réactions électrochimiques ; on peut citer par exemple les ruptures cathodiques de liaisons comme décrites dans le document [15] . - Les hétérogénéisation de catalyseurs et des catalyses homogènes.Electrochemical reactions; for example, the cathodic breaks of bonds as described in document [15]. - The heterogenization of catalysts and homogeneous catalysts.
Les optimisations de réactions chimiques ou biochimiques.Optimizations of chemical or biochemical reactions.
Les synthèses en parallèle. - Les synthèses convergentes.Syntheses in parallel. - Converging syntheses.
Les immobilisations sur les liquides ioniques de molécules chimiques ou biologiques susceptibles d'être détectées (molécules cibles) ou de détecter (molécules sondes) , par exemple des protéines, des enzymes, des acides nucléiques (ADN et ARN), des glycoprotéines, des lipides, etc.Fixed assets on ionic liquids of chemical or biological molecules that can be detected (target molecules) or detect (probe molecules), for example proteins, enzymes, nucleic acids (DNA and RNA), glycoproteins, lipids etc.
Dans cette étape de réaction, les conditions opératoires appropriées pour la mise en œuvre de la réaction chimique ou biochimique en cause en réacteur classique de l'art antérieur sont donc mises en œuvre dans la présente invention dans une goutte de liquide ionique. Par exemple, chacune des gouttes formant un microréacteur peut être chauffée pour permettre des réactions classiques de chimie organique, par exemple jusqu'à 2000C ou plus, du fait de la non volatilité des WIn this reaction step, the appropriate operating conditions for the implementation of the chemical or biochemical reaction in question in conventional reactor of the prior art are therefore implemented in the present invention in a drop of ionic liquid. For example, each of the drops forming a microreactor may be heated to allow conventional reactions of organic chemistry, for example up to 200 0 C or more, because of the non-volatility of W
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liquides ioniques. Les réactions chimiques réalisées dans les liquides ioniques peuvent être réalisées à température ambiante mais également à des températures élevées.ionic liquids. The chemical reactions carried out in the ionic liquids can be carried out at ambient temperature but also at elevated temperatures.
5 Le ou les produit (s) obtenus lors de, ou après la ou les, réaction(s) chimique (s) réalisée (s) dans la goutte de liquide ionique pourra (pourront) alors être détecté (s) ou quantifié (s) soit directement à l'intérieur du laboratoire sur puce, par exemple par 0 détection colorimétrique ou électrochimique ou tout autre moyen de détection approprié connu de l'homme du métier, ou bien à l'extérieur du laboratoire sur puce, par exemple par les techniques de chromatographie haute performance (HPLC) , de chromatographie en phase 5 gazeuse, (GC), par les techniques d'analyse spectroscopique, par résonance magnétique nucléaireThe product (s) obtained during or after the chemical reaction (s) carried out in the drop of ionic liquid may (may) then be detected (s) or quantified (s). ) either directly within the lab-on-a-chip, for example by colorimetric or electrochemical detection or any other appropriate detection means known to those skilled in the art, or outside the lab-on-a-chip, for example by the high performance chromatography (HPLC), gas chromatography (GC) techniques, spectroscopic analysis, nuclear magnetic resonance techniques
(RMN) , par infrarouge (IR) , par ultraviolet (UV) visible, par spectrométrie de masse (MS) , par chromatographie en phase liquide couplée à un 0 spectromètre de masse (LC/MS) , par colorimétrie, ou toute autre technique d'analyse appropriée connue de l'homme du métier pour détecter les molécules à analyser.(NMR), infrared (IR), visible ultraviolet (UV), mass spectrometry (MS), liquid chromatography-mass spectrometry (LC / MS), colorimetric, or any other technique appropriate analysis known to those skilled in the art to detect the molecules to be analyzed.
Les analyses peuvent être réalisées directement 5 dans la goutte (par exemple par RMN, HPLC ou une autre technique telle que celles précitées) , ou après libération du produit de la réaction lié au liquide ionique par clivage (voir exemple 1) , et/ou extraction et/ou purification du ou des produit (s) issu (s) de la 0 réaction effectuée dans la goutte de liquide ionique. Cette extraction peut être réalisée par exemple par la technique décrite dans le document [10] .The analyzes may be carried out directly in the drop (for example by NMR, HPLC or another technique such as those mentioned above), or after release of the product of the reaction linked to the ionic liquid by cleavage (see Example 1), and / or extraction and / or purification of the product (s) resulting from the reaction carried out in the drop of ionic liquid. This extraction can be carried out for example by the technique described in document [10].
Selon l'invention, quelque soit le procédé utilisé, il peut comprendre en outre une étape consistant à déplacer sur la surface la ou les gouttes de liquide ionique.According to the invention, whatever the method used, it may further comprise a step of moving on the surface the ionic liquid or drops.
Ce déplacement de la ou des goutte (s) peut avoir différents objectifs, parmi ceux-ci, on peut citer par exemple celui de réunir deux ou plusieurs gouttes de liquide ionique déposées sur la surface dans les applications de mélange(s) et de réaction(s) chimique ou biochimique précitées entre les gouttes et leur contenu ; mais également celui de déplacer une goutte de liquide ionique d'une zone de réaction d'un laboratoire sur puce jusqu'à une autre zone de réaction dudit laboratoire, ou encore d'une zone de réaction d'un laboratoire sur puce jusqu'à une zone de détection dudit laboratoire.This displacement of the drop (s) may have different objectives, among these, there may be mentioned for example that of bringing together two or more drops of ionic liquid deposited on the surface in the mixing (s) and reaction applications (s) chemical or biochemical above between the drops and their contents; but also that of moving a drop of ionic liquid from a reaction zone of a lab-on-a-chip to another reaction zone of said laboratory, or of a reaction zone of a laboratory-on-a-chip up to a detection zone of said laboratory.
Le déplacement des microréacteurs gouttes de la présente invention peut être réalisé par toute technique connue de l'homme du métier pour déplacer une goutte sur une surface.The displacement of the drip microreactors of the present invention can be achieved by any technique known to those skilled in the art to move a drop on a surface.
Avantageusement, selon l'invention, il s'agit d'une technique de déplacement choisie parmi : - Un déplacement mécanique, par exemple par vibration, par capillarité, au moyen d'un poussoir ou encore par transport sur un support mobile. Un exemple de transport sur support mobile utilisable dans la présente invention est un « tapis roulant » tel que décrit par exemple dans le document [16] . l'Advantageously, according to the invention, it is a displacement technique chosen from: - A mechanical displacement, for example by vibration, by capillarity, by means of a pusher or by transport on a mobile support. An example of transport on a mobile support that can be used in the present invention is a "treadmill" as described for example in document [16]. the
Un déplacement électrostatique, par exemple par électromouillage. La technique de déplacement des gouttes de liquide ionique par électro-mouillage a été découverte dans le cadre de la présente invention. En effet, lors de leur recherche, les inventeurs de la présente ont été les premiers à mettre en évidence la propriété des liquides ioniques de pouvoir être déplacés sur une surface, sous forme de goutte, par électromouillage. Cette technique est particulièrement avantageuse dans la mise en œuvre du procédé de l'invention, notamment dans les applications « laboratoire sur puce ». On peut utiliser par exemple électromouillage sur diélectrique décrit dans le document [5] où les forces utilisées sont des forces électrostatiques . La goutte repose sur un réseau d'électrodes, dont elle est isolée par une couche diélectrique et une couche hydrophobe. Lorsque l'électrode à proximité de la goutte est activée, la couche diélectrique et la couche hydrophobe entre l'électrode activée et la goutte polarisée en permanence par une contre électrode, agissant comme une capacité, - les effets de charge électrostatique induisent le déplacement de la goutte sur l'électrode activée. La contre électrode est indispensable au déplacement par électromouillage, elle maintient un contact électrique avec la goutte pendant son déplacement. Cette contre électrode peut être soit un caténaire (Ca) comme décrit dans [5] , soit un fil enterré, soit une électrode planaire sur le capot des systèmes confinés. Les électrodes peuvent être réalisées par dépôt d'une couche métallique, par l'Electrostatic displacement, for example by electrowetting. The technique of displacement of drops of ionic liquid by electro-wetting has been discovered in the context of the present invention. Indeed, during their research, the inventors of the present were the first to demonstrate the property of ionic liquids can be moved on a surface in the form of drop, by electrowetting. This technique is particularly advantageous in the implementation of the method of the invention, particularly in "lab-on-a-chip" applications. For example, electrowetting on dielectric described in document [5] can be used in which the forces used are electrostatic forces. The drop is based on an electrode array, from which it is isolated by a dielectric layer and a hydrophobic layer. When the electrode near the drop is activated, the dielectric layer and the hydrophobic layer between the activated electrode and the drop permanently polarized by a counter electrode, acting as a capacitor, - the effects of electrostatic charge induce the displacement of drop on the activated electrode. The counter electrode is essential for the movement by electrowetting, it maintains an electrical contact with the drop during its movement. This counter electrode can be either a catenary (Ca) as described in [5], or a buried wire, or a planar electrode on the hood of confined systems. The electrodes can be made by depositing a metal layer, by the
exemple d'un métal choisi parmi Au, Al, ITO, Pt, Cr, Cu, ou par photolithographie. Le substrat est ensuite recouvert d'une couche diélectrique, par exemple en Si3N4 ou en SiO2. Enfin, un dépôt d'une couche hydrophobe est effectué, comme par exemple, un dépôt de téflon réalisé à la tournette. Par la technique de électromouillage, de proche en proche il est possible de déplacer les gouttes de liquides ioniques, et, éventuellement, de les réunir pour les mélanger, afin de réaliser des protocoles complexes. Le document [5] donne des exemples de mises en œuvre de séries d'électrodes adjacentes pour la manipulation d'une goutte dans un plan utilisables dans la présente invention. Ce type de déplacements peut être utilisé par exemple dans des dispositifs d'analyses biochimiques, chimiques ou biologiques dans le domaine médical, la surveillance environnementale, le contrôle qualité, etc.example of a metal selected from Au, Al, ITO, Pt, Cr, Cu, or by photolithography. The substrate is then covered with a dielectric layer, for example Si 3 N 4 or SiO 2 . Finally, a deposition of a hydrophobic layer is performed, such as, for example, a Teflon deposit made by spinning. By the electrowetting technique, gradually it is possible to move the drops of ionic liquids, and possibly to combine them to mix, to achieve complex protocols. Document [5] gives examples of implementations of adjacent electrode series for handling a drop in a plane usable in the present invention. This type of displacement can be used for example in biochemical, chemical or biological analysis devices in the medical field, environmental monitoring, quality control, etc.
Un déplacement par des forces diélectriques. Cette technique consiste à manipuler une interface entre deux fluides non miscibles. Le documentDisplacement by dielectric forces. This technique consists in manipulating an interface between two immiscible fluids. The document
[17] décrit par exemple un dispositif à commande électrique de déplacement de liquide diélectrique utilisable dans la présente invention. Une goutte de liquide est placée entre deux plans comportant des couples d'électrodes. La goutte de liquide présente une permittivité supérieure à son environnement défini par l'espace entre les deux plans comportant les électrodes . Le déplacement est commandé électriquement en appliquant des tensions électriques aux couples d'électrodes. Une variante de cette technique, utilisable dans la présente invention est décrite dans le document [18] .[17] discloses, for example, a dielectric liquid displacement control device operable in the present invention. A drop of liquid is placed between two planes comprising pairs of electrodes. The drop of liquid has a permittivity greater than its environment defined by the space between the two planes comprising the electrodes. The displacement is electrically controlled by applying electrical voltages to the electrode pairs. A variant of this technique, usable in the present invention is described in document [18].
Un déplacement par gradient thermique ou par électrocapillarité, par exemple par la technique décrite dans le document [19] . La technique consiste à plonger une goutte de liquide ionique dans un gradient thermique. Il en résulte une circulation fluide à l'interface de la goutte par effet Marangonie. Cette circulation fluide provoque la mise en mouvement de la goutte.A displacement by thermal gradient or by electrocapillarity, for example by the technique described in document [19]. The technique involves dipping a drop of ionic liquid in a thermal gradient. This results in a fluid circulation at the interface of the drop effect Marangonie. This fluid circulation causes the movement of the drop.
Un déplacement par des ondes de pression ou ondes acoustiques, par exemple par la technique décrite dans le document [20] . La technique consiste propager des ondes acoustiques sur une surface hydrophobe. L'onde perturbe le mouillage de la goutte, et provoque son déplacement .Displacement by pressure waves or acoustic waves, for example by the technique described in document [20]. The technique consists of propagating acoustic waves on a hydrophobic surface. The wave disturbs the wetting of the drop, and causes its displacement.
La présente invention permet la réalisation de réactions chimiques ou biochimiques dans des réacteurs sans paroi de faible volume. En outre, les liquides ioniques à tâches spécifiques permettent la réalisation de réactions chimiques avec la même réactivité qu'en solution. De plus, les réactions peuvent être suivies et la purification des produits réactionnels est aisée, par exemple après clivage. Avec le microréacteur goutte de la présente invention, il n'y a pas de bouchage de canaux, il n'y a pas de perte de charges en mode hydrodynamique, par exemple lorsque des pousse-seringues et des pompes sont utilisées et il n'y a pas de volumes morts comme avec les microréacteurs de l'art antérieur. En outre, contrairement aux canaux, avec la présente invention, il n'y a pas de problème de diffusion. Les réactions restent à concentration constantes et individualisées. De plus, le microsystème de la présente invention est un microsystème à faible coût de fabrication et compatible avec un environnement chimique agressif, notamment par les solvants utilisés, les températures de travail, les pressions, etc. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées.The present invention allows the realization of chemical or biochemical reactions in small wallless reactors. In addition, the ionic liquids with specific tasks allow the realization of chemical reactions with the same reactivity as in solution. In addition, the reactions can be followed and the purification of the reaction products is easy, for example after cleavage. With the microreactor drop of the present invention, there is no clogging of channels, there is no loss of charge in hydrodynamic mode, for example when syringe pumps and pumps are used and it does not there are no dead volumes as with the microreactors of the prior art. In addition, unlike channels, with the present invention, there is no problem of diffusion. The reactions remain constant and individualized. In addition, the microsystem of the present invention is a microsystem at low manufacturing cost and compatible with an aggressive chemical environment, in particular by the solvents used, the working temperatures, the pressures, etc. Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the examples which follow, given by way of illustration and not limitation with reference to the appended figures.
Brève description des figuresBrief description of the figures
Figure 1 : représentation schématique d'une réaction chimique et/ou biochimiques de fabrication d'un produit C dans un microréacteur goutte réalisée par le procédé de la présente invention par réunion d'une goutte de liquide ionique fonctionnalisé par une fonction A (LI A) et d'une goutte de liquide ionique matrice comprenant le réactif B.Figure 1: schematic representation of a chemical reaction and / or biochemical manufacturing of a product C in a microreactor drop produced by the method of the present invention by combining a drop of ionic liquid functionalized with a function A (LI A ) and a drop of matrix ionic liquid comprising reagent B.
Figure 2 : représentation schématique d'une réaction chimique et/ou biochimique de fabrication d'un produit E dans un microréacteur goutte réalisée par le procédé de la présente invention par réunion d'une goutte de liquide ionique fonctionnalisée (LI A) et d'une goutte de liquide ionique matrice comprenant le réactif B pour former le produit c immobilisé sur le liquide ionique (LI C) , puis par réunion de LI C avec une goutte de liquide ionique matrice comprenant le réactif D.FIG. 2: schematic representation of a chemical and / or biochemical reaction for the production of a product E in a microreactor made by the method of the present invention by combining a drop of functionalized ionic liquid (LI A) and a drop of ionic matrix liquid comprising reagent B to form the product c immobilized on the ionic liquid (LI C), then by meeting LI C with a drop of ionic matrix liquid comprising the reagent D.
Figure 3 : représentation schématique du déplacement d'une goutte de liquide ionique par électromouillage pour mettre en œuvre le procédé de la présente invention.Figure 3: schematic representation of the displacement of a drop of ionic liquid by electrowetting to implement the method of the present invention.
Figure 4 : graphique représentant la trace d'un chromatogramme (A (absorbance) = f (temps en minutes) ) obtenu sur une goutte de liquide ionique à tâche spécifique avant mise en œuvre d'une réaction chimique ou biochimique selon le procédé de la présente invention.FIG. 4: graph showing the trace of a chromatogram (A (absorbance) = f (time in minutes)) obtained on a drop of ionic liquid with a specific task before carrying out a chemical or biochemical reaction according to the method of present invention.
Figure 5 : graphique représentant la trace d'un chromatogramme (A = f (temps en minutes)) obtenu sur la goutte de liquide ionique à tâche spécifique de la figure 4, mais après réaction chimique ou biochimique et lavage selon le procédé de la présente invention.FIG. 5: graph showing the trace of a chromatogram (A = f (time in minutes)) obtained on the drop of specific task ionic liquid of FIG. 4, but after chemical or biochemical reaction and washing according to the method of the present invention invention.
Figure 6A-C : schéma d'un dispositif permettant de déplacer des gouttes de liquide ionique par électromouillage pour la mise en œuvre du procédé de la présente invention lorsqu'il comprend une étape de déplacement.Figure 6A-C: diagram of a device for moving drops of ionic liquid by electrowetting for the implementation of the method of the present invention when it comprises a step of moving.
Figure 7 : graphique représentant la trace d'un chromatogramme (A = f (temps en minutes)) obtenu sur la goutte de liquide ionique à tâche spécifique lors d'une réaction de décrochage d'un produit de réaction fixé sur un liquide ionique après mise en œuvre d'un procédé de l'invention. - Figure 8 : spectre de spectrométrie obtenu dans l'exemple 4 (Intensité = f(m/z)) . EXEMPLESFIG. 7: graph showing the trace of a chromatogram (A = f (time in minutes)) obtained on the drop of ionic liquid with a specific task during a stall reaction of a reaction product attached to an ionic liquid after implementation of a method of the invention. FIG. 8: spectrum of spectrometry obtained in example 4 (Intensity = f (m / z)). EXAMPLES
Exemple 1 : Mise en œuvre du procédé de la présente invention avec déplacement des gouttes pour effectuer une chaîne à plusieurs réactions chimiques : cas de la réaction GriecoExample 1: Implementation of the process of the present invention with displacement of the drops to make a chain with several chemical reactions: case of the Grieco reaction
Trois gouttes de liquides ioniques, chacune d'un volume de 0,5μl sont déposées sur une surface téflonnée de la chambre réactionnelle décrite dans le document [16] et schématisée sur les figures 3 et 6 annexée.Three drops of ionic liquids, each of a volume of 0.5 .mu.l are deposited on a teflon surface of the reaction chamber described in document [16] and schematized in FIGS. 3 and 6 appended hereto.
Les gouttes utilisées dans cet exemple ont la composition suivante : - goutte 1 : goutte d'acide 4-aminobenzoique supporté sur sel d'ammonium 1 (voir schéma réactionnel ci-dessous) en solution 1 M dans le [tmba] [NTf2] ; goutte 2 : goutte de 2 équivalents de 4- nitrobenzaldhéyde et 1,2 équivalent de TFA en solution de 0,5 M dans le [tmba] [NTf2] ; et goutte 3 : goutte de 10 équivalents de l'indène en solution de I M dans le [tmba] [NTf2] .The drops used in this example have the following composition: drop 1: drop of 4-aminobenzoic acid supported on ammonium salt 1 (see reaction scheme below) in 1M solution in [tmba] [NTf 2 ] ; drop 2: drop of 2 equivalents of 4-nitrobenzaldehyde and 1.2 equivalents of TFA in 0.5 M solution in [tmba] [NTf 2 ]; and drop 3: drop of 10 equivalents of indene in IM solution in [tmba] [NTf 2 ].
La technique de déplacement des gouttes utilisée dans cet exemple est une technique de déplacement par électromouillage dont le fonctionnement est schématisé sur la figure 6 (une seule goutte est représentée sur la figure 6) : le support (S) est structuré de manière à comporter un réseau d'électrodes (E) , une couche diélectrique (D) , une couche hydrophobeThe drop displacement technique used in this example is an electrowetting displacement technique whose operation is shown schematically in FIG. 6 (only one drop is shown in FIG. 6): the support (S) is structured so as to comprise a electrode network (E), a dielectric layer (D), a hydrophobic layer
(H) et des moyens de connections (Co) reliés à un générateur électrique (V) . Les gouttes (G) reposent sur le réseau d'électrodes (figure 6A), dont .elles sont isolées par la couche diélectrique et la couche hydrophobe.(H) and connection means (Co) connected to an electric generator (V). The drops (G) are based on the array of electrodes (FIG. 6A), from which they are isolated by the dielectric layer and the hydrophobic layer.
Lorsqu'une des électrodes, à proximité de la goutte, est activée, la couche diélectrique et la couche hydrophobe entre l'électrode activée et la goutte sous tension agit comme une capacité, la surface se charge et la goutte polarisée en permanence par une contre électrode, agissant comme une capacité, les effets de charge électrostatique induisent le déplacement de la goutte sur l'électrode activée. La contre électrode est indispensable au déplacement par électromouillage, elle maintient un contact électrique avec la goutte pendant son déplacement. Cette contre électrode est ici un caténaire (Ca) . Les électrodes sont réalisées par dépôt d'une couche d'or, par photolithographie. Le substrat est ensuite recouvert d'une couche de SiO2. Enfin, un dépôt d'une couche de téflon est effectué à la tournette.When one of the electrodes, near the drop, is activated, the dielectric layer and the hydrophobic layer between the activated electrode and the drop under tension acts as a capacitance, the surface is charged and the drop polarized permanently by a counter electrode, acting as a capacitance, the effects of electrostatic charge induce the displacement of the drop on the activated electrode. The counter electrode is essential for the movement by electrowetting, it maintains an electrical contact with the drop during its movement. This counter electrode is here a catenary (Ca). The electrodes are made by depositing a gold layer, by photolithography. The substrate is then covered with a layer of SiO 2 . Finally, a deposit of a teflon layer is made by spinning.
La goutte est attirée de façon électrostatique sur la surface de cette électrode (figure 6B) . Ainsi, de proche en proche il est possible de déplacer les gouttes de liquides ioniques et aussi de les mélanger en activant sélectivement l'une ou l'autre des électrodes du réseau d'électrodes. Un caténaire (Ca) , disposé sur le support, permet de polariser la goutte. Dans cet exemple, les gouttes précitées sont déplacées pour être réunies successivement. La figure 3 est une représentation schématique du protocole mis en œuvre : la lêre goutte (1) est déplacée vers la 2ème (2) , la 2eme vers la lere et, après réunion de ces deux gouttes, la goutte (1+2) formée par leur mélange est déplacée vers la 3eme (3) goutte pour former une goutte (4).The drop is electrostatically attracted to the surface of this electrode (FIG. 6B). Thus, step by step it is possible to move the drops of ionic liquids and also to mix them by selectively activating one or the other of the electrodes of the electrode array. A catenary (Ca), arranged on the support, makes it possible to polarize the droplet. In this example, the aforementioned drops are moved to be successively joined. Figure 3 is a schematic representation of the protocol used: the the era drop (1) is moved to the 2nd (2), the 2nd to the era and, after assembly of these two drops, the drop (1 + 2) formed by a mixture thereof is moved to the 3 rd (3) drop to form a drop (4).
Après fusion des trois gouttes, le mélange obtenu est incubé à température ambiante pendant 15 minutes. La réaction de Grieco est alors totale. Après réaction en goutte, la goutte (1,5 μl) est récupérée dans un tube eppendorf et lavée plusieurs fois avec de l'éther (3x20 μl) afin d'extraire du liquide ionique les produits en excès ou bien secondaires. L'éther solubilise ces produits, mais n'est pas miscible avec le liquide ionique choisi. Le liquide ionique est alors débarrassé des produits en excès ou bien secondaires.After melting the three drops, the resulting mixture is incubated at room temperature for 15 minutes. The reaction of Grieco is then total. After reaction in droplet, the droplet (1.5 .mu.l) is recovered in an eppendorf tube and washed several times with ether (3x20 .mu.l) in order to extract excess or secondary products from the ionic liquid. The ether solubilizes these products, but is not miscible with the chosen ionic liquid. The ionic liquid is then rid of excess or secondary products.
La réaction chimique mise en oeuvre dans cet exemple est résumée par le schéma rëactionnel ci- dessous, dans lequel [btma] [NTf2] représente le liquide ionique matrice utilisé, et dans lequel TFA représente l'acide trifluoroacétique.The chemical reaction carried out in this example is summarized by the reaction scheme below, in which [btma] [NTf 2 ] represents the ionic matrix liquid used, and in which TFA represents trifluoroacetic acid.
Le produit 2_ est clivé du support après une nuit d'incubation à température ambiante en présence d'une solution 7N de NH3 dans le mëthanol. Ainsi, sur le schéma réactionnel ci-dessus, le traitement X comprend les étapes successives suivantes :The product 2 is cleaved from the support after overnight incubation at room temperature in the presence of a 7N solution of NH 3 in methanol. Thus, in the reaction scheme above, the X treatment comprises the following successive steps:
1) Lavage à l'êther ;1) Washing with ether;
2) NH3/MeOH, à température ambiante (T° A) ; et 3) Extraction à l'éther après évaporation du méthanol. 2) NH3 / MeOH at room temperature (T ° A); and 3) Extraction with ether after evaporation of methanol.
Une analyse HPLC de la réaction en phase inverse met en évidence l'apparition du produit final avec un temps de rétention différent de celui observé pour le sel fonctionnalisé de départ.HPLC analysis of the reverse phase reaction shows the appearance of the final product with a retention time different from that observed for the functionalized starting salt.
Les conditions d'analyse HPLC utilisées étaient les suivantes :The HPLC analysis conditions used were as follows:
• Colonne : Nova-Pak (marque déposée) Ci8, Colonne de 3,9 x 150 mm, Part N° WAT 086344,• Column: Nova-Pak (registered trademark) Ci 8 , Column 3.9 x 150 mm, Part No. WAT 086344,
Waters (marque de commerce)Waters (trademark)
• Conditions :• Conditions:
CH3CN/H2O : 2:1CH 3 CN / H 2 O: 2: 1
CH3CN HPLC (Carlo Erba - (marque de commerce) )CH 3 CN HPLC (Carlo Erba - (Trademark))
Solution d'H20 composée de 20 mmoles d'acétate d'ammonium et 1 % d'acide acétique λ = 254 ntn Flux = 1,5 ml/minuteH 2 O solution composed of 20 mmol of ammonium acetate and 1% of acetic acid λ = 254 ntn Flux = 1.5 ml / minute
Pression : 9,58xlO5 à 10,07xl05 Pa (1390- 1460 Psi) - Température de la colonne : 300CPressure: 9.58x10 5 to 10.07 x 10 5 Pa (1390-1,460 Psi) - Column Temperature: 30 ° C
La figure 4 est la trace du chromatogramme obtenu sur la goutte de liquide ionique (1) à tâche spécifique avant mise en œuvre de la réaction chimique. La figure 5 est la trace du chromatogramme obtenu sur la goutte de liquide ionique (4) après réaction chimique et lavages.Figure 4 is the trace of the chromatogram obtained on the drop of ionic liquid (1) specific task before implementation of the chemical reaction. FIG. 5 is the trace of the chromatogram obtained on the drop of ionic liquid (4) after chemical reaction and washes.
La figure 7 est la trace du chromatogramme permettant un suivi du clivage réalisé au moyen du traitement X permettant de libérer le produit de la réaction. On observe la disparition du produit 2_ dont le temps de rétention est 3,65 min et l'apparition de 3_ à 3,06 min. Sur cette figure, en traits continu, le tracé obtenu après trois heures de contact avec NH3/MeOH : mélange de produit de départ et de produit trans-estérifié ; en traits discontinus, la réaction de trans-estérification terminée (et donc de décrochage du liquide ionique) après une nuit de réaction (12 heures) , le produit de départ n'est plus détectable.FIG. 7 is the trace of the chromatogram allowing a follow-up of the cleavage carried out by means of the treatment X making it possible to release the product of the reaction. The disappearance of the product 2_ whose retention time is 3.65 min and the appearance of 3 to 3.06 min. In this figure, in solid lines, the pattern obtained after three hours of contact with NH3 / MeOH: mixture of starting product and trans-esterified product; in broken lines, the transesterification reaction completed (and thus unhooking of the ionic liquid) after a night of reaction (12 hours), the starting material is no longer detectable.
Exemple 2 : Réaction de détritylation mise en œuvre selon le procédé de la présente inventionExample 2 Detimentation Reaction Implemented According to the Process of the Present Invention
Deux gouttes de liquide ionique matrice ( [btma] [NTF2]) de 0, 5 μl chacune, sont déposées sur la surface téflonnée de la chambre réactionnelle décrite dans le document [16] . Chacune des gouttes contient un réactif : la goutte n°l contient une base thymidine tritylée et la goutte n°2 contient de l'acide dichloroacétique.Two drops of matrix ionic liquid ([btma] [NTF 2 ]) of 0.5 μl each are deposited on the teflon surface of the reaction chamber described in document [16]. Each of the drops contains a reagent: drop No. 1 contains a tritylated thymidine base and drop No. 2 contains dichloroacetic acid.
La goutte n°l est mise à converger vers l'autre goutte en utilisant la technique d'électromouillage. La tension appliquée est de 45 V.The No. 1 drop is converged to the other drop using the electrowetting technique. The applied voltage is 45 V.
Après fusion des deux gouttes, le mélange est incubé à température ambiante pendant 5 minutes . Une coloration orangée de la goutte met en évidence la formation du produit recherché.After merging the two drops, the mixture is incubated at room temperature for 5 minutes. An orange coloring of the drop highlights the formation of the desired product.
La réaction chimique mise en oeuvre est la suivante :The chemical reaction implemented is as follows:
produit orange orange product
Dans laquelle DCA est de l'acide dichloracétique, et EWOD représente le déplacement par électromouillage.Wherein DCA is dichloroacetic acid, and EWOD represents electrowetting displacement.
Exemple 3 : Mise en œuvre d'une réaction enzymatiqueExample 3: Implementation of an enzymatic reaction
Un premier mélange réactionnel est préparé comme suit : tampon phosphate-citrate 50 mM pH 6,5 (10ml) , o-phénylène diamine (OPD, 20 mg) et eau oxygénée (4 μl) . Une goutte de ce mélange d'un volume de 0, 5 μl est dissout dans du liquide ionique matrice ( [btma] [NTF2] ) (0,5 μl) .A first reaction mixture is prepared as follows: 50 mM phosphate-citrate buffer pH 6.5 (10 ml), o-phenylene diamine (OPD, 20 mg) and hydrogen peroxide (4 μl). A drop of this mixture of a volume of 0.5 μl is dissolved in matrix ionic liquid ([btma] [NTF 2 ]) (0.5 μl).
Un deuxième mélange réactionnel est préparé comme suit : liquide ionique matrice ( [btma] [NTF2] ) (0,9 μl) et horse radish peroxidase (0,1 μl à 20 μM) .A second reaction mixture is prepared as follows: matrix ionic liquid ([btma] [NTF 2 ]) (0.9 μl) and horse radish peroxidase (0.1 μl at 20 μM).
Une goutte (0,5 μl) de chacun des mélanges est déposée sur la surface téflonnée de la chambre réactionnelle utilisée dans les exemples 1 et 2 ci- dessus.One drop (0.5 μl) of each of the mixtures is deposited on the teflon surface of the reaction chamber used in Examples 1 and 2 above.
La goutte n°2 est mise à converger vers l'autre goutte en utilisant la technique d'électromouillage. La tension appliquée est de 45 V.The No. 2 drop is converged to the other drop using the electrowetting technique. The applied voltage is 45 V.
Après fusion des deux gouttes, le mélange est incubé à température ambiante pendant 20 minutes.After melting the two drops, the mixture is incubated at room temperature for 20 minutes.
Une coloration marron caractéristique de la réaction enzymatique de formation du 2,3- diaminophénazine est observée.A brown coloration characteristic of the enzymatic reaction of formation of 2,3-diaminophenazine is observed.
Exemple 4 : Mise en œuvre du procédé de la présente invention avec déplacement des gouttes pour effectuer une réaction de réductionExample 4: Implementation of the process of the present invention with displacement of drops to effect a reduction reaction
Deux gouttes de liquides ioniques chacune d'un volume de 0,3 μl sont déposées sur une surface téflonnée de la chambre réactionnelle décrite dans le document [16] et schématisée sur les figures 3 et 6 annexées .Two drops of ionic liquids each of a volume of 0.3 .mu.l are deposited on a teflon surface of the reaction chamber described in document [16] and schematized in FIGS. 3 and 6 appended hereto.
Les gouttes utilisées dans cet exemple ont la composition suivante : l'The drops used in this example have the following composition: the
- goutte 1 : goutte d'aldéhyde supporté sur un sel d'ammonium 4_ (voir schéma réactionnel ci- dessous) en solution [0,5 M] dans [bmim] [BF4] ;drop 1: drop of aldehyde supported on an ammonium salt 4 (see reaction scheme below) in solution [0.5 M] in [bmim] [BF 4 ];
- goutte 2 : goutte de BH3.pyridine (10 équivalents) dans [bmim] [BF4].drop 2: drop of BH 3 .pyridine (10 equivalents) in [bmim] [BF 4 ].
Les gouttes sont ensuite mises à converger l'une vers l'autre par électromouillage en appliquant une tension de 55 V. Après fusion des gouttes, le mélange obtenu est incubé à température ambiante (18-250C) pendant 2 heures.The drops are then converged to one another by electrowetting by applying a voltage of 55 V. After melting the drops, the mixture obtained is incubated at room temperature (18-25 ° C.) for 2 hours.
Après réaction en goutte, la goutte (0,6 μl) est récupérée dans un tube Eppendorf (marque déposée) et lavée plusieurs fois à éther (3x20 μl) afin d'extraire du liquide ionique les produits en excès ou bien secondaires. L'éther solubilise ces produits mais n'est pas miscible avec le liquide ionique choisi.After reaction in drop, the drop (0.6 .mu.l) is recovered in an Eppendorf tube (registered trademark) and washed several times with ether (3x20 .mu.l) in order to extract the excess or secondary products from the ionic liquid. The ether solubilizes these products but is not miscible with the ionic liquid chosen.
Puis le mélange est alors injecté en spectrométrie de masse (« electrospray ») et mode positif. Le spectre réprésenté sur la figure 8 annexée est ainsi obtenu montrant à 252,2 uma l'ion moléculaire correspondant à l'alcool _5 issu de la réduction de l'aldéhyde. Les pics à 139,3, 365,5 et 478,5 correspondent respectivement aux ions bmim+-, [2bmim, BF4 ']+- et à l'adduit [alcool 5, bmim, BF4 ~]+- . Schéma réactionnel de l'exemple 4Then the mixture is then injected into mass spectrometry ("electrospray") and positive mode. The spectrum represented in the attached FIG. 8 is thus obtained showing at 252.2 μm the molecular ion corresponding to the alcohol derived from the reduction of the aldehyde. The peaks at 139.3, 365.5 and 478.5 respectively correspond to the ions bmim + - , [2bmim, BF 4 ' ] + - and to the adduct [alcohol 5, bmim, BF 4 ~ ] + -. Reaction Scheme of Example 4
NTf2." NTf2;NTf 2 . "NTf 2;
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