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WO2024213852A1 - Electrochemical device for enzymatic synthesis of polynucleotides - Google Patents

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WO2024213852A1
WO2024213852A1 PCT/FR2024/050477 FR2024050477W WO2024213852A1 WO 2024213852 A1 WO2024213852 A1 WO 2024213852A1 FR 2024050477 W FR2024050477 W FR 2024050477W WO 2024213852 A1 WO2024213852 A1 WO 2024213852A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrode
electrodes
wall
electrochemical device
working
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/FR2024/050477
Other languages
French (fr)
Inventor
Adrian Horgan
Maxime Fournier
Xavier GODRON
Manon BOUL
Suyue CHEN
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DNA Script SAS
Original Assignee
DNA Script SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to the field of electrochemistry, and the application of electrochemistry to a step of a process for the synthesis of oligonucleotides, in particular strands of DNA and/or RNA.
  • DNA and RNA oligonucleotides are short molecules of DNA and RNA, also called polynucleotides. They are linear polymers of nucleotide monomers or analogues thereof that are capable of specifically binding to other oligonucleotides through a regular pattern of monomer interactions. Polynucleotides typically range in size from a few monomers, e.g. 5 to 40 monomers when they are usually called "oligonucleotides", to several thousand monomers. Typically, polynucleotides comprise the four naturally occurring nucleotides, e.g.
  • they may also include non-natural nucleotide analogues, for example modified bases, sugars or internucleoside linkages.
  • polynucleotide fragments can in particular be obtained by an enzymatic synthesis operation allowing the synthesis of sequences of several hundred nucleotides. Different applications are permitted due to the possibility of obtaining, more quickly and more reliably, longer sequences, including genetic data storage.
  • Each elongation step consists of the addition of a nucleotide to the deprotected end of a fragment of a polynucleotide, or to an initiator fragment in the case of the first elongation step, the polynucleotide in a reaction site being obtained by successive additions of the desired nucleotides, nucleotide by nucleotide.
  • Each deprotection step is implemented following an elongation step and aims to deprotect certain polynucleotide fragments, such that the polynucleotide fragments thus targeted are in a state suitable for receiving a new nucleotide during the following elongation step. It is understood that during a deprotection step, it is appropriate to deprotect only the polynucleotide fragments intended to receive a nucleotide during the following elongation step so that localized deprotection steps are carried out.
  • Localized electrochemical deprotection can be accomplished in a variety of ways.
  • the pH can be controlled locally, for example at a reaction site to deprotect bonds sensitive to these pH values. It is also possible to control the electric potential or electric current between a working electrode present locally at a reaction site and a reference electrode, the deprotection being accomplished by reduction or oxidation of a redox-sensitive bond.
  • the electrochemical deprotection is implemented locally using a set of electrodes, respectively associated with one of the reaction sites and among which some are electrically supplied with a potential allowing the redox reaction when an electrochemical deprotection must be implemented in the corresponding reaction site.
  • the electrode assembly may in particular consist of an assembly known as a two-electrode assembly, with a working electrode and a counter electrode, also forming the reference electrode for determining the value of the electrical potential supplied to the working electrode.
  • a potential is applied only to the working electrode or to the working electrodes which are arranged in reaction sites in which it is desired to generate electrochemical deprotection, no potential being applied to the counter electrode.
  • the potential between the working electrode and the counter electrode is thus controlled without a potential being applied to the latter, the counter electrode being there only to compensate for the electrical stimulus which is applied to the working electrode and to carry out the reverse reaction.
  • the electrode assembly may also consist of an assembly known as a three-electrode assembly, with a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode separate from the counter electrode.
  • the working electrode remains the electrode to which a desired electrical potential is applied, and the potential applied directly between the working electrode and the reference electrode, which is always at a static potential, is controlled. Again, the counter electrode is only there to automatically do the reverse reaction of the working electrode.
  • the current flowing between the working electrode and the counter electrode is controlled, and the electrical potential of the working electrode is simultaneously controlled, i.e. the potential difference between the working electrode and the reference electrode.
  • the reference electrode or counter electrode, is arranged around each of the wells, with a working electrode that is arranged at the bottom or in the side wall of each well.
  • the reference electrode can surround the entire wells and the working electrodes housed therein.
  • the present invention aims to overcome the drawbacks of prior systems, by proposing a device allowing an efficient electrochemical reaction and in a reduced footprint to carry out a step of deprotection of polynucleotide fragments, in particular RNA or DNA, in particular to prepare these fragments for a subsequent elongation step within the framework of an enzymatic synthesis process.
  • an electrochemical device for enzymatic synthesis of polynucleotides comprising at least one circulation conduit configured to receive an electrolytic solution, the circulation conduit being delimited by a first wall and a second wall distinct from each other, the first wall forming a support plate for at least one reaction site configured for enzymatic synthesis and capable of carrying an initiator fragment of polynucleotide, in particular RNA or DNA, the circulation conduit being equipped with a set of electrodes controlled by a control module, the set of electrodes comprising at least one electrode of a network of electrodes formed on the support plate and operationally associated with the reaction sites, the set of electrodes comprising at least one additional electrode arranged on the second wall at a distance from the support plate.
  • Such an electrochemical device is notably used for a step of deprotection of polynucleotide fragments, notably DNA and/or RNA, which have previously been synthesized on reaction sites arranged in the circulation conduit of the electrochemical device, whatever the shape of these and the means implemented to carry out this synthesis.
  • the electrochemical deprotection step consists of removing the protection present at the free end of the polynucleotide fragments, in particular DNA and/or RNA, which have just been extended by one nucleotide, by an oxidation-reduction reaction generated by the targeted electrical supply which is made in the direction of one of the electrodes of the electrode network and by the presence of an electrolytic solution in the circulation path on either side of which the electrodes of the set of electrodes are arranged.
  • the electrolytic solution circulates in the circulation conduit delimited at least by the two separate walls on which the electrodes of the electrode assembly are arranged.
  • the space on the support plate for the working electrodes, to which the electrical potentials are applied, is thus optimized since the additional electrode(s) are relocated to the wall of the circulation duct opposite the support plate.
  • the at least one additional electrode which is arranged according to the invention on a wall at a distance from that of the electrode network must be considered as an electrode distinct from the electrode network.
  • the electrodes of the electrode array may have dimensions that vary from one another, in particular depending on their function and their position. Depending on the size of the electrochemical device, these electrodes may be of the order of a centimeter, a millimeter, a micrometer or a nanometer.
  • the at least one additional electrode may have a dimension that is different from that of the electrodes of the electrode array, with the at least one additional electrode being of the order of a millimeter and the electrodes of the electrode array being of the order of a micron.
  • a positive surface differential between the additional electrode and the working electrodes of the electrode array allows for a reduced internal resistance of the cell, providing a greater degree of process control.
  • the surface area of the additional electrode is at least 10 times greater than the combined surface area of the working electrodes included in the electrode array, particularly preferably at least 25, 50, 100 or 1000 times greater. If there are multiple additional electrodes, it is the combined surface area of the additional electrodes that is to be taken into account.
  • said at least one circulation conduit consists of one conduit or two conduits.
  • the first wall and the second wall are opposing walls, and the additional electrode is arranged on the second wall opposite the support plate.
  • Arranging the electrodes on opposing walls, that is to say on either side of the conduit in which the electrolytic solution circulates, makes it possible to have field lines which are all parallel, across the flow of circulation of the electrolytic solution, between the working electrodes and the additional electrode arranged on the opposite wall of the circulation conduit and a stimulus distributed uniformly on all the working electrodes.
  • the first wall (6) and the second wall (7) are spaced apart by a distance of 10 ⁇ m to 1 cm. Positioning the two walls at such a distance provides optimal conditions for an enzymatic elongation reaction of a polynucleotide fragment, by allowing efficient deprotection while limiting the degradation of the reagents such as enzymatic precipitation. Thus, it it is possible to carry out the elongation reaction and the deprotection reaction in the same reaction site within the circulation conduit.
  • the first wall (6) and the second wall (7) may be spaced apart by a distance of 10 pm to 200 pm, more particularly 10 pm to 100 pm or 10 pm to 50 pm.
  • the first wall (6) and the second wall (7) may also be spaced apart by a distance of 100 pm to 1 cm, more particularly 200 pm to 1 cm or 500 pm to 1 cm.
  • the device is configured such that the distance between the first wall (6) and the second wall (7) is adjustable.
  • the first wall (6) and/or the second wall (7) may be movable so as to be able to modify the distance separating them, to increase or decrease this distance depending on the use of the device.
  • said distance may be modified depending on the type of reaction or the reaction step carried out using the electrochemical device.
  • the first wall carries several reaction sites, each reaction site being operationally associated with at least one electrode of the electrode network.
  • the circulation conduit is further delimited by a side wall connected at least to one or the other of the first wall and the second wall, the side wall carrying at least one other additional electrode.
  • the support plate is configured to support at least one semiconductor, the electrode array being arranged on said semiconductor.
  • the support plate may in particular comprise a printed circuit board which carries components which may in particular take the form of CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) or Screen-Printed Electrode (SPE) type semiconductors.
  • CMOS Complementary metal-oxide-semiconductor
  • SPE Screen-Printed Electrode
  • the support plate may consist of a glass plate.
  • the electrode network is configured so as to comprise at least one working electrode operationally associated with a reaction site and controlled by a control module to form an anode or a cathode capable of carrying out an oxidation-reduction operation.
  • This control is carried out remotely using a potentiostat or an electric generator.
  • the assembly is the same except for adding a logic gate system after the generator so that you can apply the current or potential values you want (and where you want).
  • the value of the currents or potentials at the electrodes placed at the output can be negative, forming a cathode. If this value is positive, an anode is formed.
  • the electrode network is configured so as to comprise several working electrodes which are respectively operationally associated with a reaction site and controlled by a control module to form an anode or a cathode capable of carrying out an oxidation-reduction operation, each of the working electrodes being able to be controlled independently of the others.
  • a first working electrode can be driven to form an anode to which a positive potential of IV is applied, while a second working electrode can be driven to form a cathode to which a negative potential of 2V is applied and a third working electrode can be driven to form an anode to which a positive potential of 2V is applied.
  • the electrode network and the at least one additional electrode are electrically linked.
  • the electrode network and the at least one additional electrode are independent.
  • the set of electrodes comprises two distinct types of electrodes including one or more working electrodes and one or more counter-electrodes associated with the working electrodes, the at least one additional electrode being a counter-electrode type electrode.
  • the reference electrode is formed by the counter electrode, the cables connecting the reference electrode are fused with the counter electrode cables.
  • the control that is to say the application of the desired values of current or potential, is applied directly to one or more working electrodes, and the counter electrode automatically finds itself at a potential of opposite value.
  • the counter-electrode is defined as electrodes in the electrode set as electrodes to which no potential is applied directly. Once it is chosen to apply a given potential to an electrode, it must change its name regardless of its previous role and must be considered as a new working electrode.
  • the set of electrodes comprises three distinct types of electrodes including one or more working electrodes, one or more counter-electrodes associated with the working electrodes, and at least one electrode of the reference electrode type.
  • the at least one additional electrode is an electrode of the reference electrode type and/or an electrode of the counter-electrode type.
  • the control is carried out on the working electrode and the counter electrode uses the opposite value to compensate/neutralize the electrical system as a whole.
  • the reference electrode will allow the working electrode to be polarized by setting fixed potential values that do not vary during stimulation and relaxation. It serves as a reference point for the potential values used while not chemically and electrically participating in the reducing/oxidizing mechanisms of the solution.
  • these may all be of the same type, that is to say all reference electrodes or all counter electrodes, or they may be of different types and form a mix of reference electrodes and counter electrodes arranged in a coherent manner with respect to the arrangement of the working electrodes of the network of electrodes formed on the support plate.
  • the electrode network comprises several electrodes of the working electrode type and of the counter-electrode type, an electrode of the first type being electrically supplied so as to form a cathode or an anode and surrounding at least one electrode of the second type electrically supplied so as to form an anode or a cathode.
  • a first embodiment may consist of an electrode network that comprises pairs of working electrodes and counter electrodes, forming anode and cathode pairs, with the pairs being independent of each other.
  • a second embodiment may consist of an arrangement where a counter electrode surrounds all the reference electrodes. In the latter case, we speak of a universal counter electrode which is simpler to integrate into the set of electrodes.
  • the electrochemical device comprises a plurality of electrodes of the working electrode type
  • the network of electrodes formed on the support plate comprises a plurality of electrodes
  • the electrochemical device comprising on the second wall a single additional electrode, common to the plurality of electrodes of the working electrode type.
  • the electrochemical device comprises a plurality of electrodes of the working electrode type
  • the network of electrodes formed on the support plate comprises a plurality of electrodes
  • the electrochemical device comprising on the second wall a plurality of additional electrodes respectively associated with at least one of the electrodes of the plurality of electrodes of the working electrode type.
  • the working electrode is supplied so that the supply current has a value greater than a threshold value, such that the working electrode is made active for the production of protons or for the depletion of protons.
  • the power supply of the working electrode associated with this reaction site is controlled so that the current has a value greater than a given corresponding threshold value.
  • the precise value at which to activate the electrochemical system is known, this precise value depending on the electrolytic solution used. For example, a positive potential of a value equal to IV is applied to half of the electrodes, i.e. of the order of +1V relative to the standard hydrogen electrode. This value is sufficient to activate the production of protons thanks to the electrolytic solution used. Protons are thus produced on each of the sites associated with the electrodes where this potential has been applied, i.e.
  • the second choice is to apply a precise potential value that is known to be insufficient to activate the production of protons for the electrolytic solution used, or that is known not to produce enough protons to completely deprotect the polynucleotide fragments.
  • a precise potential value that is known to be insufficient to activate the production of protons for the electrolytic solution used, or that is known not to produce enough protons to completely deprotect the polynucleotide fragments.
  • the polynucleotide fragments present in this other half of the sites are thus not deprotected and they cannot therefore be extended in the following enzymatic synthesis cycle.
  • the at least one additional electrode projects from the second wall of the circulation conduit.
  • the at least one additional electrode tends to move closer to the support plate forming the first wall, so that it is more exposed to the flow of the electrolytic solution present in the circulation conduit.
  • the at least one additional electrode is arranged in a recess in the second wall of the circulation conduit.
  • this characteristic covers both a positioning of the additional electrode flush with the second wall and a positioning of the additional electrode in a well dug in the second wall, for example at the level of a bottom wall of this well.
  • the second wall comprises several additional electrodes and at least one of these additional electrodes projects from the second wall of the circulation duct while at least one of these additional electrodes is arranged in a recess of this second wall.
  • the at least one additional electrode is a single electrode extending opposite several electrodes of the electrode network and having a shape chosen from the shapes of a plate, grid, spiral in contact with the second wall of the circulation duct.
  • the at least one additional electrode comprises several additional electrodes extending respectively opposite an electrode of the electrode network and respectively having a shape chosen for example a rectangular or annular shape.
  • the additional electrode is transparent.
  • the additional electrode may be opaque or may present a compromise between opacity and transparency.
  • the electrodes of the electrode network and/or the additional electrode are made from a metal, an oxide or a combination of metal and oxide.
  • these electrodes may be formed from platinum, gold or indium-tin oxide.
  • the electrodes of the electrode network can be obtained by spraying, electrodeposition or even photo-modeling.
  • the circulation conduit comprises at least one semi-permeable membrane.
  • This semi-permeable membrane is intended to isolate the species generated at the electrodes of the wall.
  • These membranes can be glass membranes, ionic polymer membranes. They can be transparent so as not to disturb any attempt at optical characterization.
  • the circulation conduit may be empty and only dedicated to the circulation of fluid between the two opposing walls on which the electrodes are arranged.
  • the invention also relates to a method for synthesizing polynucleotides by the electrochemical device for enzymatic synthesis as previously mentioned, comprising an association step, during which each reaction site of a support plate is operationally associated with an electrode of the electrode network, and a deprotection step during which a labile protective group of a polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, previously formed on a reaction site is removed by an oxidation-reduction operation carried out in contact with an electrode of the electrode network, the deprotection step comprising an application of an appropriate potential to at least one electrode of the electrode network.
  • the polynucleotide fragment subject to a deprotection step may consist of an initiator fragment or a set formed of an initiator fragment and a series of one or more triphosphate nucleotides respectively added during an elongation step.
  • the elongation step may be carried out cyclically, alternating with a deprotection step, it being understood that the nucleotide added during the elongation step carries a labile protective group, which should be removed if a new elongation operation is desired.
  • the deprotection step and an elongation step, during which a nucleotide is added to the polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, from which the labile protective group was removed during the deprotection step, are repeated until a polynucleotide of interest is obtained.
  • the labile protecting group is sensitive to a change in pH, the application of the potential difference of the deprotection step resulting in a change in pH leading to the cleavage of the labile protecting group.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating certain steps of an enzymatic synthesis process, including a step of elongation of a polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, and a deprotection step using an electrochemical device according to the invention;
  • FIG. 2 is a schematic representation of an electrochemical device according to the invention, illustrating a conduit for circulating electrolytic solution with a network of electrodes arranged on a first wall delimiting this conduit and at least one additional electrode arranged on a second wall opposite the first wall;
  • FIG. 3 is a schematic representation of electrodes of the electrode network arranged on the first wall delimiting the conduit of the electrochemical device according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic representation, exploded, of an exemplary embodiment of an electrochemical device according to the invention.
  • FIG. 5 schematically illustrates an advantage of the electrochemical device according to the invention, with parallel field lines extending across the circulation conduit;
  • FIG. 6 schematically illustrates a circulation conduit of an electrochemical device according to one embodiment, with a first wall delimiting the circulation conduit which comprises working electrodes surrounded respectively by a counter-electrode, these two types of electrodes having an annular shape, and with a second opposite wall which comprises reference electrodes;
  • FIG. 7 schematically illustrates a circulation conduit of an electrochemical device according to other embodiments, with a first wall delimiting the circulation conduit which comprises sub-assemblies formed by two concentric working electrodes, and with a second opposite wall which comprises reference counter-electrodes (7 A), or a second opposite wall which comprises reference electrodes (7B) or counter-electrodes (7C);
  • FIG. 8 schematically illustrates a circulation conduit in which different arrangements of electrodes and their electrical supply are represented to illustrate the potential differences which can be applied on either side of the circulation conduit to generate the electrochemical reactions necessary for a deprotection step of an enzymatic synthesis;
  • FIG. 9 schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which several possible arrangements of electrodes are represented. additional, with either counter electrodes alone, or reference electrodes alone, or combinations of counter electrodes and reference electrodes;
  • FIG. 10 schematically illustrates a first wall of an electrochemical device according to the invention; several possible arrangements of an electrode network are shown, with working electrodes which are either alone or in combination with counter-electrodes or reference electrodes;
  • FIG. 11 schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which an additional electrode in the form of a grid is represented;
  • FIG. 12 schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which an additional electrode in the form of a spiral is represented;
  • FIG. 13 schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which several types of arrangements of additional electrodes are represented by way of example;
  • FIG. 14 schematically illustrates a wall of an electrochemical device according to the invention on which two types of electrodes of an electrode network are represented, a first type of electrodes in annular form and a second type of electrode in grid form,
  • FIG. 15 schematically illustrates two circulation conduits of an electrochemical device according to an embodiment with a semi-permeable membrane, with a first wall delimiting the circulation conduit which comprises working electrodes, these electrodes having an annular shape, and with a second opposite wall which comprises reference electrodes for the first conduit and counter electrodes for the second conduit,
  • FIG. 16 schematically illustrates a prior art system using two concentric annular platinum electrodes, the external electrode being the reference counter electrode and the internal electrode the working electrode,
  • FIG. 17 schematically illustrates another prior art system using the same electrodes as the system of figure 16 but with the role of the electrodes reversed; thus, the reference counter electrode is the internal electrode and the working electrode is the external electrode,
  • FIG. 18 illustrates a third prior art system using the same configuration as the system of figure 17 with in addition a platinum reference electrode at a distance and upstream of the working electrodes, thus in this system the counter electrode does not act as a reference electrode,
  • FIG. 19 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 16,
  • FIG. 20 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 17,
  • FIG. 21 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 19,
  • FIG. 22 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 7 where the additional electrode is made of ITO,
  • FIG. 23 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 6 where the additional electrode is made of ITO,
  • FIG. 24 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 7 where the additional electrode is gold
  • FIG. 25 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 6 where the additional electrode is gold
  • FIG. 26 shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 7 where the additional electrode is made of platinum, it turns out that this curve is identical to that recorded at a working electrode of the system of figure 6 where the additional electrode is made of platinum, which is why only one curve is shown here in order to avoid redundancies.
  • the invention aims to protect an electrochemical device comprising a set of electrodes such that electrodes are arranged on either side of a conduit for circulating an electrolytic solution, i.e. on walls arranged in opposition to delimit the conduit.
  • This electrochemical device is used in the context of an enzymatic synthesis of polynucleotides and more particularly for an electrochemical deprotection step which is part of an enzymatic synthesis process as illustrated schematically in FIG. 1.
  • a cycle of the enzymatic synthesis method 100, leading to the addition of a nucleotide to a polynucleotide fragment comprises two successive steps, corresponding respectively to an elongation step 101 and to a deprotection step 102.
  • a nucleotide comprising a protective group is added to an initiator or to a polynucleotide fragment already in the process of being formed. Then, the protective group can be removed from this newly added nucleotide, during the deprotection step, in order to be able to carry out additional cycles on this same polynucleotide fragment.
  • initiator moieties are provided attached to a solid support. These initiator moieties, which have deprotected free 3'-hydroxyl groups, are respectively arranged in one of the reaction sites formed on the solid support, or support plate. In other words, each reaction site formed on the support plate is capable of carrying a polynucleotide initiator moiety.
  • an "initiator moiety" generally refers to a short oligonucleotide sequence with a free 3' end, which can be further elongated by a template-free polymerase, such as a TdT polymerase.
  • the Initiator fragment is a DNA initiator fragment. In another embodiment, the initiator fragment is an RNA initiator fragment.
  • an initiator fragment has between 3 and 100 nucleotides, particularly between 3 and 20 nucleotides. In some embodiments, the initiator fragment is single-stranded. In other embodiments, the initiator fragment is double-stranded. In some embodiments, an initiator fragment may comprise a non-nucleic acid compound having a free hydroxyl to which a TdT polymerase can couple a 3'-O protected dNTP nucleotide, e.g., Baiga, U.S. Patent Publications US2019/0078065 and US2019/0078126.
  • polynucleotides to be treated 103 are considered, whether they are the initiator fragments or the initiator fragments elongated in a previous cycle, and it is determined whether a nucleotide, and what type of nucleotide, must be added to the polynucleotide to be treated.
  • a 3'-O protected dNTP nucleotide and a template-free polymerase such as a TdT polymerase or a variant thereof, are added to the polynucleotide to be treated under conditions effective for the enzymatic incorporation of the protected nucleotide onto the 3' end of the previously discussed initiator fragments.
  • This reaction produces in the targeted reaction sites elongated initiator fragments, the 3'-hydroxyls of which are protected, 104.
  • a verification step 106 is then carried out to determine whether the polynucleotide fragments, in particular RNA or DNA, present in each of the reaction sites are complete, i.e. whether they respect the desired length. If in a reaction site, the elongated initiator fragment contains a complete sequence, then the desired sequence can be cleaved from the original initiator fragment.
  • Such a cleavage operation 108 can be carried out using any of a variety of cleavage techniques, for example by inserting a cleavable nucleotide at a predetermined location in the original initiator fragment.
  • the protection group of the last added nucleotide is removed during a deprotection step 102.
  • Protecting groups are electrochemically labile groups. In other words, deprotection is accomplished by changing the electrochemical conditions in the vicinity of the protecting group, which results in the separation of these groups, just as can be the case in the cleavage operation.
  • An example of such protecting groups is an amino group, i.e. deprotection converts an —O—NH2 group to —OH.
  • these changes in electrochemical conditions are caused by changing or applying an electrical potential that has the effect of, for example, generating an increase or decrease in the pH of an electrolytic solution.
  • the electrochemically labile groups comprise, for example, pH-sensitive protecting groups that are cleaved whenever the pH is changed to a predetermined value.
  • the electrochemically labile groups comprise protecting groups that are cleaved directly whenever the reducing or oxidizing conditions are changed, for example, by increasing or decreasing a voltage difference at the site of the protecting group.
  • the pH change of the electrolytic solution may occur via a redox reaction involving one or more electrochemically active molecules present in the electrolytic solution.
  • the electrolytic solution may include one or more redox species such as quinones (See Thomas Finley, “Quinones,” Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1-35 (2005)).
  • the benzoquinone/hydroxyquinone pair and their derivatives are notably used to produce proton gradients at the surface of an electrode
  • the enzymatic synthesis process has been described briefly and is not limited to these elongation, deprotection and cleavage steps, although this is not essential for understanding the description that follows.
  • the enzymatic synthesis process may also comprise one or more capping steps as well as washing steps after the elongation step and/or after the deprotection step.
  • the electrochemical device 1 according to the invention notably allows the implementation of the deprotection step 102.
  • the electrochemical device 1 according to the invention comprises a set of electrodes 2 configured such that electrodes are arranged on either side of a circulation conduit 4 configured in particular for the circulation of an electrolytic solution according to arrow F.
  • the circulation conduit 4 is delimited by different walls so as to generate a closed passage section suitable for the circulation of the electrolytic solution, these different walls comprising in particular a first wall 6 and a second wall 7 arranged in opposition, and visible in figure 2.
  • the first wall 6 is partly formed by a support plate 8 on which are fixed initiator fragments, or polynucleotides to be treated 103 as mentioned above, which are extended cycle after cycle by the addition of successive nucleotides, this addition being made possible by a prior deprotection operation being implemented efficiently by the electrochemical device 1 of the invention and its particular arrangement of the set of electrodes 2.
  • the support plate 8 may consist of a glass plate, or a printed circuit board, with at least one semiconductor element on which an array of electrodes 10 or microelectrodes is arranged.
  • CMOS chip type semiconductor element technology CMOS chip type semiconductor element technology
  • other technologies can be considered without departing from the context of the invention as long as they make it possible to integrate an array of electrodes 10 or microelectrodes, capable of interacting with additional electrodes arranged at a distance as they will be described below.
  • the present invention could be implemented with a so-called SPE system in which platinum rings are directly welded to a network of cables located inside the chip and directly connected to electrical cables linked to a potentiostat. Two concentric platinum rings form an assembly in which a working electrode is formed by one of the rings, for example the ring of smaller diameter, the other ring forming both a counter electrode and a polarized reference electrode.
  • the electrode network 10 is arranged on the support plate 8 forming part of the first wall 6, and at least one additional electrode 16, which will be described in more detail below, is present on the second wall 7 opposite the first wall 6. More particularly, the electrode array 10 is arranged on the semiconductor element of the support plate, with the possibility of arranging a multitude of electrodes with a reduced pitch between them, to allow large-scale enzymatic synthesis.
  • the electrodes of the electrode array can have dimensions in centimeters, millimeters, or microns. It could also be envisaged that the electrodes of the electrode array, or microelectrode array as it may also be called in this description, have nanometric dimensions.
  • the electrode array 10 is arranged on the support plate 8 in such a way that the electrodes can be exposed to the electrolytic solution circulating in the circulation conduit 4 and be the basis of an oxidation-reduction reaction for example.
  • the electrode network 10 comprises at least one working electrode 12 on each of the reaction sites arranged on the support plate 8.
  • an enzymatic synthesis operation implementing the electrochemical device of the invention begins with an association step during which each reaction site of a support plate is operationally associated with an electrode, and in particular a working electrode, of the electrode network.
  • two working electrodes 121, 122 are arranged concentrically for each pixel 81, i.e. for each reaction site on the support plate 8.
  • the ring forming the external working electrode i.e. the working electrode which surrounds the other, is the electrode which functions as a cathode.
  • the working electrodes can be associated with sensors 83 allowing the progress of the electrochemical reaction to be measured and controlled.
  • the current induced by the control module 14 is coupled with electrochemistry, that is to say with the electrolytic solution circulating in the circulation conduit 4, to locally generate protons in order to reduce the pH and generate the cleavage of the ends of the polynucleotide fragments present in the reaction sites.
  • the additional electrode(s) 16 previously mentioned, which are said to be additional insofar as they are not arranged on the semiconductor forming the first wall 6, may also be, depending on the characteristics of the set of electrodes 2 of the electrochemical device 1, a counter electrode 18 and/or a reference electrode 20.
  • the additional electrode(s) 16 may be made of an inert material, such as platinum, gold, or indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • Gold has the advantages of being easier and less expensive to manufacture than platinum and has a high conductivity which allows the thickness to be reduced while maintaining the same level of control. In addition, by reducing the thickness, the material becomes semi-transparent which makes optical applications possible.
  • ITO has the advantage of being transparent which is useful when one wishes to combine electrical stimulation/activation or analysis with optical stimulation/activation or analysis.
  • a counter electrode 18, also called an auxiliary electrode, is an electrode used to close the current circuit in the electrochemical cell, in addition to a working electrode. It is generally made of an inert material, for example platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), mercury (Hg), indium tin oxide (ITO), fluorine doped indium tin oxide (FTO), graphite or glassy carbon, and it is not specifically supplied with current by the control module 14.
  • Pt platinum
  • Au gold
  • Cu copper
  • Ni nickel
  • Co cobalt
  • Hg mercury
  • ITO indium tin oxide
  • FTO fluorine doped indium tin oxide
  • graphite graphite or glassy carbon
  • the current thus flows between the working electrode 12 and the counter electrode 18, in particular via the electrolytic solution present in the circulation conduit 4, and the total surface area of the counter electrode 18 is generally larger than the surface area of the working electrode 12 so as not to be a limiting factor in the kinetics of the electrochemical process.
  • the working electrode 12 and the counter electrode 18 form the two types of electrodes used.
  • the electrochemical device schematically illustrated in Figure 2 is an electrochemical device with two electrodes and the additional electrode is formed by a counter electrode 18, the electrode network 10 being made up only of working electrodes 12.
  • a reference electrode 20 is provided as an electrode with a stable and well-known electrical potential and is used as a reference point in the electrochemical cell for controlling and measuring the potential.
  • the counter electrode 18 has a shape equivalent to that of the corresponding working electrode 12, here an annular shape, by having a larger diameter than that of the working electrode 12 and by surrounding the corresponding working electrode.
  • the reference electrode is polarized, i.e. its potential varies, or a current flows through it, during the electrochemical reaction.
  • the connection to the motherboard is not a perfect ground connection.
  • the measured potential values are not absolute and change depending on the size of the electrodes, the conductivity of the solution and/or the concentrations of the species during stimulation.
  • the control module 14 is configured to compensate for these deficits, for example by distributing to the surface of the counter electrode the inverse current value of a current value imposed or measured at the reference electrodes.
  • the reference electrode and the counter electrode can be constantly polarized at +/- 1.4 V so as to be able to compensate for the currents applied to the working electrodes on the CMOS and maintain its internal potential at the same value throughout the synthesis.
  • the reference electrode can here adopt the electrical properties of a non-polarized reference electrode, while playing the role of counter electrode on the surface of which species are generated throughout the deprotection. In this case, we speak of a reference counter electrode 18, 20 because it plays both roles.
  • control module 14 receives information relating to the location of the reaction sites in which it is appropriate, for a given deprotection step, to carry out the deprotection of the polynucleotide fragment being formed in these reaction sites, and the control module 14 consequently generates an instruction for electrical supply of the working electrode(s) 12 arranged in said reaction sites.
  • a reference counter-electrode can be constantly polarized at a value, here at 1.4V, allowing to compensate the currents applied to the working electrodes and to keep a constant internal potential.
  • the working electrode 12 is distinguished in the electrode assembly 2 of the electrochemical device 1 as being the electrode on which the reaction of interest occurs.
  • Common working electrodes 12 may be made of different materials including, but not limited to, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt).
  • the working electrode may comprise a coating for fixing molecules and in particular those constituting the initiator fragments previously mentioned.
  • the support plate 8 participates in delimiting a circulation conduit 4 so that the CMOS chip 84 and the electrode network 10 that it carries are arranged on the first wall 6, in contact with an electrolytic solution caused to circulate in the circulation conduit 4.
  • the set of electrodes 2 of the electrochemical device 1 therefore comprises at least one additional electrode 16 which is arranged on a second wall 7 which is distinct from the first wall, and which is here more particularly opposite the electrode array.
  • the electrode array 10 on the one hand and the additional electrode(s) 16 on the other hand are arranged on either side of the circulation conduit 4.
  • the additional electrode is electrically connected to the CMOS chip, and the electrical connection of this additional electrode to the motherboard is made via the CMOS chip.
  • the electrode network 10 present on the first wall 6 comprises working electrodes 12, here nine in number, being understood that this may not be representative of the total number of electrodes especially in the case of a microelectrode array, and counter electrodes 18 which are respectively arranged around one of the working electrodes 12.
  • each electrode of the electrode array 10 is annular and a working electrode 12 and a counter electrode 18 form a subset 19 of concentric annular electrodes, with the counter electrode surrounding the working electrode.
  • the working electrode 12 is electrically powered so as to operate as an anode, and the counter electrode 18 forms a cathode, but it should be noted that this could be the reverse, if one wishes to implement a deprotection which involves reducing species, with the working electrode 12 being electrically powered so as to operate as a cathode and the counter electrode 18 forming an anode.
  • the additional electrode(s) 16 are reference electrodes 20 and they form a matrix here, on a wall at a distance from the CMOS chip on which the electrode array 10 is arranged.
  • the reference electrodes are advantageously connected to the motherboard, independently of the electrode array 10, it being understood that a connection to the CMOS chip would be possible.
  • the electrode array 10 present on the first wall 6 differs from what has just been described in that the subassemblies 19, again nine in number by way of example, are formed by pairs of working electrodes, with a first working electrode 121 and a second working electrode 122, concentric.
  • each electrode of the electrode array 10 is annular.
  • each subassembly 19, which corresponds to a reaction site can be configured such that the first working electrode 121 is electrically powered so as to function as an anode, and that the second working electrode 122 is electrically powered so as to function as a cathode.
  • the additional electrode(s) 16 are reference electrodes 20 and they form here a matrix, on a wall at a distance from the CMOS chip on which the electrode array 10 is arranged.
  • the reference electrodes are advantageously connected to the motherboard, independently of the electrode array 10, it being understood that a connection to the CMOS chip would be possible.
  • the additional electrode(s) 16 function as counter electrodes 18.
  • the electrodes of the electrode network 10 and the at least one additional electrode 16 can be manufactured by different processes and for example by spraying, electrodeposition, photopatterning, without this list being exhaustive.
  • the different electrodes arranged on opposite walls of the electrolytic solution circulation conduit may be transparent or opaque.
  • the set of electrodes 2 within the meaning of the invention is configured so that the activation of one or more of the working electrodes present in the electrode network 10, via the control module 14, makes it possible to implement electrochemical reactions, for example to generate local modifications of PH so as to carry out operations of deprotection of free ends of polynucleotide fragments or operations of cleavage of polynucleotide fragments to separate them from their reaction site.
  • the additional electrode(s) 16 located on the surface opposite the electrode array 10 used for synthesis may be used to modify electric fields, measure pH, and provide pH adjustments that compensate for any changes in the performance or conditions of the microelectrode array.
  • the additional electrode(s) 16 may operate independently or be used in concert with electrodes in the electrode array, or provide a feedback loop.
  • An arrangement of the set of electrodes 2 according to the invention, with an array of electrodes 10 and at least one additional electrode 16 arranged on either side of the circulation conduit 4, can also make it possible to form two addressable zones on either side of the circulation conduit 4, and this can be used for new applications such as controlling the movement of DNA or RNA for example, for gene assembly, sub-pooling or cleavage of DNA or RNA.
  • the additional electrodes may be electrically connected to the microelectrode array or may be connected independently of the microelectrode array as illustrated in Figure 4.
  • the configuration of Figure 4, with independent connection, is thus less practical to implement since on the one hand the cable linked to the reference counter electrode present on the second wall 7 must be soldered to the motherboard, and on the other hand a platinum wire must be introduced into the fluidic part without causing leaks.
  • Figure 8 illustrates different configurations of the electrode assembly whose power supply is controlled by the control module.
  • This control is carried out remotely using a potentiostat or an electric generator.
  • a logic gate system is provided between the generator or potentiostat and the CMOS component so as to be able to apply desired current or potential values to the desired reaction sites. If this distributed value is positive, an anode is formed with the working electrode as was mentioned with reference to Figure 6 for example. If this distributed value is negative, the working electrode forms an anode.
  • the control module can thus generate and transmit instructions, via the CMOS and the logic gates, which are different from one electrode to another.
  • two or more working electrodes 12 can be polarized differently, with for example a first working electrode whose potential is brought to +1V, a second working electrode whose potential is brought to -IV and a third working electrode whose potential is left zero.
  • the same working electrode can, depending on the case, be configured to operate as an anode or a cathode.
  • working electrodes have an immutable configuration and can only operate as an anode or a cathode.
  • the value of the potential applied to a working electrode associated with a reaction site is chosen according to the electrolytic solution so that a deprotection of the polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, present in this reaction site takes place.
  • the power supply of the corresponding working electrode is such that the current has a value greater than a given corresponding threshold value.
  • a positive potential of a value equal to IV i.e. of the order of +1V relative to the standard hydrogen electrode, is applied to first working electrodes. This value is sufficient to activate the production of protons thanks to the electrolytic solution used and to deprotect the polynucleotide fragments present in the reaction sites which comprise the first working electrodes.
  • the control module may not send an instruction or send an instruction to apply a specific potential value that is known to be insufficient to activate proton production for the electrolytic solution used.
  • a positive potential of a value equal to 0.5 V may be applied to second working electrodes, this value being insufficient to produce enough protons to lower the pH around the sites.
  • the polynucleotide fragments present in the reaction sites associated with these second working electrodes are thus not deprotected and they cannot consequently be elongated in the following enzymatic synthesis cycle.
  • the electrochemical device 1 of the invention is particular in that it has an array of electrodes 10 formed on a support plate 8, for example via CMOS type semiconductors, and one or more additional electrodes 16 on an opposing wall, to form field lines 17, visible in FIGS. 6 to 8, extending perpendicular to the direction of circulation of an electrolytic solution.
  • the at least one additional electrode 16 may be of one type or another, complementary to one or more of the working electrodes arranged on the support plate, and different arrangements of these additional electrodes 16 will be described below.
  • the fact of having electrodes arranged on different walls delimiting the circulation conduit 4 of the electrolytic solution makes it possible to leave more space for the working electrodes 12 on the support plate 8 and moreover to have field lines 17 perpendicular to the direction of the flow of the electrolytic solution, as can be seen in FIGS. 6 to 8.
  • working electrodes 12 are arranged in an array of electrodes 10 on one side of the circulation conduit 4 and one or more additional electrodes 16 are arranged on a separate wall, at a distance from the working electrodes, and for example opposite the other side of the circulation conduit 4.
  • the arrangement according to the invention makes it possible to have on the second wall at a distance from the support plate 8 and in particular from the CMOS chip, and where appropriate in opposition to the support plate, a reference counter-electrode large enough to compensate for each of the sets of working electrodes present on the CMOS chip.
  • This arrangement also makes it possible to have a reference counter-electrode which is equidistant from each of the sets of working electrodes. Finally, this makes it possible to keep the species which are generated on the surface of the reference counter-electrode at a distance from the CMOS chip.
  • FIG. 6 illustrates an additional electrode formed by a single counter electrode, in the form of a plate.
  • This FIG. 6 illustrates both the possibility of having an arrangement with working electrodes on the first wall 6 and one or more counter electrodes on the second wall 7, and the possibility of having a single additional electrode 16, in the form of a plate extending over a dimension substantially equal to that of the electrode array 10. It should be understood that these two characteristics could be implemented independently of each other.
  • FIG. 7 illustrates an additional electrode 16 formed by reference counter-electrodes 18, 20 arranged in a matrix and an electrode network 10 formed by subassemblies 19 formed by two concentric working electrodes 12.
  • This figure also illustrates the possibility of having an arrangement with subassemblies 19 of working electrodes 12 on the first wall 6 and reference counter-electrodes 18, 20 specifically arranged on the second wall 7 opposite of each subassembly 19, that the possibility of having additional electrodes in the form of a matrix arrangement extending over a dimension substantially equal to that of the electrode network 10.
  • Figures 10 and 11 aim to expand the number of examples of arrangement to generalize on the inventive concept of the invention, namely having electrodes of a set of electrodes which are distributed on opposite walls of a circulation conduit crossed by an electrolytic solution.
  • Figure 9 schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which several possible arrangements of additional electrodes are represented. It should be understood that several different arrangements are represented on the same intersected wall, but that in practice, one or other of the arrangements can be chosen to reproduce it over the extent of the second wall.
  • the two arrangements with the counter electrodes 18 alone differ from each other by the size of the counter electrodes which can in particular be dependent on the size of the working electrodes 12.
  • Both arrangements of counter electrodes 18 combined with reference electrodes 20 have a similarity with one type of electrode being surrounded by the other type of electrode, the arrangements differing from each other in the type of electrode being surrounded.
  • the two arrangements of the counter electrodes 18 combined with reference electrodes 20, with these electrodes of two types which are concentric forming sub-assemblies 21, differ from each other in that in one arrangement the sub-assemblies 21 are formed by a reference electrode 20 which surrounds a counter electrode 20. electrode 18 while in the other arrangement the subassemblies 21 are formed by a counter electrode 18 which surrounds a reference electrode 20.
  • the additional electrodes 16 all have an annular shape here, but they could all, or some, take another shape without departing from the context of the invention, for example a square, circular, rectangular, or straight line shape.
  • each additional electrode can also play the role of counter electrode, on the surface of which species are deposited, and of reference electrode, with a polarization pushed to a value making it possible to compensate for the currents applied to the working electrodes while maintaining a stable internal potential.
  • Figure 10 schematically illustrates a first wall of an electrochemical device according to the invention.
  • Several possible arrangements of working electrodes 12 of an electrode array 10 are shown, alone or in combination with electrodes of another type. As previously, it should be understood that several different arrangements are shown on the same intersected wall, but that in practice, one or other of the arrangements can be chosen to reproduce it over the extent of the first wall.
  • the three arrangements with the working electrodes 12 alone differ from each other either by the position of the electrodes, with an arrangement in which a central area is free and devoid of working electrode, or by the electrical connection of the electrodes via the CMOS and the logic gates, the third arrangement comprising first working electrodes 121 and second working electrodes 122 which are capable of being supplied by different electrical potentials.
  • the central electrode-free area can in particular be used as a reference point for aligning the detectors of optical detection devices, such as microscopes or scanning spectrophotometers, without this list being exhaustive.
  • the two arrangements of working electrodes 12 with one or more reference electrodes 20 differ in the number of electrodes of each type, with each time a single reference electrode in a central position, and with again a second arrangement comprising first working electrodes 121 and second working electrodes 122 which are capable of being supplied by different electrical potentials.
  • the reference electrode is larger than each of the working electrodes 12 taken respectively. This can make it possible to ensure that the surface area of the counter electrodes 18, forming the additional electrodes 16 present on the second wall 7 opposite the first wall, is greater than the surface area of the working electrodes in order to have electrochemical control of the reactions.
  • the arrangement with concentric reference electrodes and working electrodes is special here in that the reference electrodes 20 respectively surround the working electrode 12.
  • the two arrangements of the concentrically arranged working electrodes differ in the position of the first working electrodes 121 relative to the second working electrodes 121.
  • the subassemblies are arranged alternately with a subassembly in which the first working electrode 121 surrounds the second working electrode 122 being surrounded by subassemblies in which the first working electrode 121 is surrounded by the second working electrode 122, and vice versa.
  • the subassemblies all have the same configuration with the first working electrode surrounding the second working electrode, and a second working electrode is arranged alone between the subassemblies.
  • the electrodes of the electrode network 10 all have an annular shape here, but they could all, or some, take another shape without departing from the context of the invention, for example a square, circular, rectangular, or straight line shape.
  • the additional electrode may be single and extend over the second wall over a similar extent to that of the electrode array on the first wall.
  • the additional electrode has a plate shape, but the additional electrode, whether formed by a counter electrode or a reference electrode, may have other forms in this context.
  • Figure 11 illustrates an alternative embodiment in which the additional electrode 16 has a grid shape
  • Figure 12 illustrates an alternative embodiment in which the additional electrode has a spiral shape.
  • Figure 13 illustrates another electrode arrangement variant, which can be implemented both at the first wall in the electrode array and at the second wall, provided that two distinct types of electrodes are provided.
  • a first type of electrode selected from a reference electrode 16, a counter electrode 18 or a working electrode 12, whether it is also a first working electrode 121 or a second working electrode 122, takes a circular shape and a second type of electrode, selected from the same list but different from the first type, takes a grid shape.
  • Using a grid or a spiral makes it possible to occupy the majority of the second wall 7 opposite the support plate without manufacturing complications, and thus makes it possible to optimize the performance of electrochemical reactions while reducing manufacturing costs.
  • Each additional electrode 16 may protrude from the second wall 7.
  • Each additional electrode 16 can be embedded in the second wall, in a well 22 formed in the thickness of the second wall and the depth of which is such that the additional electrode is flush with the surface of the second wall 7 delimiting the circulation conduit 4.
  • Each additional electrode 16 can be embedded in the second wall 7, in a well 22 formed in the thickness of the second wall 7 and the depth of which is such that the additional electrode is completely retracted into the thickness of the second wall.
  • the additional electrodes can take an alternating arrangement with, at least for a given direction, one additional electrode out of two being embedded and the other additional electrode protruding from the second wall.
  • the circulation conduit 4 is delimited by the first wall 6 and the second opposite wall 7, each being equipped with at least one electrode of the electrode assembly 2 of the electrochemical device 1.
  • the circulation conduit 4 may contain a semi-permeable membrane 24, as illustrated in FIG. 5, or alternatively, as schematically illustrated in FIG. 2 for example, contain no membrane, and be configured only to receive a flow of liquid, or electrolytic solution, with nothing other than a vacuum between the facing electrodes.
  • Figure 15 illustrates a device 1 with two circulation conduits 4. These conduits have two opposing walls among which the first wall 6 defined at least in part by the support plate 8 and the second wall 7, and with the working electrodes which are arranged on the first wall 6 and the additional electrode(s) 16, whether a counter-electrode and/or a reference electrode, which are arranged on the second opposite wall 7.
  • a semi-permeable membrane 24 is also present in the conduit and allows two different electrolytic solutions to pass through the conduit.
  • the electrode network 10 present on the first wall 6 comprises working electrodes 12, here nine in number, it being understood that this may not be representative of the total number of electrodes, in particular in the case of a microelectrode network, and other working electrodes 32 which are arranged respectively around one of the working electrodes 12.
  • each electrode of the electrode network 10 is annular and a working electrode 12 and a working electrode 32 form a subset 19 of concentric annular electrodes.
  • the working electrode 12 is electrically energized so as to function as an anode, and the working electrode 32 forms a cathode or an anode.
  • the additional electrode(s) 16 are reference electrodes 20 or counter electrodes 18 and they form a matrix here, on a wall at a distance from the CMOS chip on which the electrode array 10 is arranged.
  • the reference electrodes and the counter electrodes are advantageously connected to the motherboard, independently of the electrode array 10, it being understood that a connection to the CMOS chip would be possible.
  • a solution comprising a redox couple derived from hydroquinone and benzoquinone is used to study the oxidation-reduction reaction occurring at the electrodes of different systems. These two species form a redox couple conventionally used in electrochemistry.
  • System C (figure 18): a third prior art system using the same configuration as system B with in addition a platinum reference electrode 20 at a distance and upstream of the working electrodes 12, the counter electrode 18 therefore does not have the role of the reference electrode in this case (for example that described in US 2022/403436 A); and
  • System D an exemplary system according to the present invention with an electrode array 10 composed of pairs of concentric annular platinum electrodes (like that of system A, each pair constituting a pixel) and an additional electrode 16 opposite the electrode array 10 in the form of a thin plate (we will speak of a “ceiling electrode”).
  • the system D can be connected in two different configurations: so-called “two-electrode” configuration ( Figure 7) where the two annular electrodes of each pixel are working electrodes 121, 122 and the ceiling electrode is a reference counter-electrode 18, 20; and so-called “three-electrode” configuration ( Figure 6) where the internal annular electrode of each pixel is a working electrode 12, the external electrode a counter-electrode 18 and the ceiling electrode a reference electrode 20.
  • Figures 19 to 26 show cyclic voltammetry curves recorded at a working electrode 12 of the different systems.
  • the potential applied to the working electrode 12 is represented on the abscissa and the current flowing through it on the ordinate.
  • Each voltammogram is acquired by applying, from the open-circuit potential OCP, a potential that increases progressively until a peak is observed and so as to exceed it, then the current is reduced, returning to the OCP before taking negative values (left part) and this beyond the observation of a negative peak. The absolute current value is then reduced until returning to the OCP and beyond.
  • the shape of the voltammogram provides information on the occurrence of reactions at the working electrode 12. Thus, each peak or wave corresponds to a reaction that occurs.
  • the solution injected into the circulation line 4 is formulated to have a more basic pH.
  • the observed peak corresponds to an oxidation reaction that causes the oxidation of the hydroquinone leading to the release of protons at the working electrode 12. These protons will then react with the protective group leading to the deprotection of the DNA fragments. The higher the amplitude of the peak, the greater the quantity of proton released.
  • the negative part of the curve gives an idea of what is happening at the counter electrode 18 or the reference counter electrode 18, 20. In the measurement, when a negative potential is applied during the second part of the curve acquisition, the working electrode 12 actually plays the role of the counter electrode 18, where the benzoquinone reduction reaction occurs. Thus, the observed peak corresponds to this reaction which, in the real case of a deprotection step, takes place at the counter electrode 18.
  • Figure 19 shows such a curve for system A described above;
  • Figure 26 for two- or three-electrode system D in which the ceiling electrode is platinum.
  • the table below gives the coordinates of the remarkable points, i.e. the points corresponding to the oxidation peak and the reduction peak (the values given are approximate).
  • the table shows that the gold and platinum ceiling electrodes are the least energy-consuming since the potential difference between the two peaks is less than 1 V in these cases. This is also the case for system C. However, the table also shows that unlike system C which requires three different types of electrodes, using a gold or platinum ceiling electrode allows the same performance to be achieved with a 2-electrode configuration. However, a 2-electrode configuration is simpler to manufacture given the less complex connections.
  • the counter electrode 18 or the reference counter electrode 18, 20 is arranged upstream of the working electrodes 12 in the circulation conduit 4, as in system C, the species produced by the secondary reaction can pollute the working electrodes 12 downstream.
  • the reference counter-electrode 18, 20 can be connected to ground, which makes it possible not to polarize this electrode.
  • a constant potential must then be applied to the working electrode 12 and the OCP can be set by the user to prevent the secondary reaction.
  • a semi-permeable membrane 24 in the circulation conduit 4 between the ceiling electrode 16 and the working electrodes 12 can be provided to prevent this migration as shown in FIG. 15.

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Abstract

The present invention relates to an electrochemical device (1) for enzymatic synthesis of polynucleotides, comprising at least one circulation duct (4) configured to receive an electrolytic solution, the circulation duct (4) being delimited by a first wall (6) and a second wall (7) opposite each other, the first wall (6) forming a support plate (8) of at least one reaction site configured for the enzymatic synthesis and able to carry a polynucleotide initiator fragment, the circulation duct (4) being equipped with a set of electrodes (2), the set of electrodes comprising at least one electrode of an array of electrodes (10) formed on the support plate (8) and operatively associated with the reaction sites, the set of electrodes (2) also comprising at least one additional electrode (16) arranged on the second wall (7) opposite the support plate (8).

Description

Titre de l'invention : Dispositif électrochimique pour synthèse enzymatique de polynucléotides Title of the invention: Electrochemical device for enzymatic synthesis of polynucleotides

Domaine technique Technical field

La présente invention se rapporte au domaine de l’électrochimie, et l’application de l’électrochimie à une étape d’un procédé de synthèse d’oligonucléotides, en particulier de brins d’ADN et/ ou d’ARN. The present invention relates to the field of electrochemistry, and the application of electrochemistry to a step of a process for the synthesis of oligonucleotides, in particular strands of DNA and/or RNA.

Etat de la technique State of the art

Les oligonucléotides d’ADN et d’ARN sont de courtes molécules d’ADN et d’ARN, également appelées polynucléotides. Ce sont des polymères linéaires de monomères nucléotidiques ou d’analogues de ceux-ci qui sont capables de se lier spécifiquement à d’autres oligonucléotides par le biais d’un modèle régulier d’interactions entre monomères. La taille des polynucléotides varie généralement de quelques monomères, par exemple de 5 à 40 monomères lorsqu'ils sont habituellement appelés "oligonucléotides", à plusieurs milliers de monomères. Habituellement, les polynucléotides comprennent les quatre nucléotides naturels, par exemple la désoxyadénosine, la désoxycytidine, la désoxyguanosine, la dés oxy thymidine pour l'ADN ou leurs équivalents ribose pour l'ARN, liés par des liaisons phosphodiesters ; cependant, ils peuvent également comprendre des analogues de nucléotides non naturels, par exemple des bases modifiées, des sucres ou des liaisons internucléosidiques. DNA and RNA oligonucleotides are short molecules of DNA and RNA, also called polynucleotides. They are linear polymers of nucleotide monomers or analogues thereof that are capable of specifically binding to other oligonucleotides through a regular pattern of monomer interactions. Polynucleotides typically range in size from a few monomers, e.g. 5 to 40 monomers when they are usually called "oligonucleotides", to several thousand monomers. Typically, polynucleotides comprise the four naturally occurring nucleotides, e.g. deoxyadenosine, deoxycytidine, deoxyguanosine, deoxythymidine for DNA or their ribose equivalents for RNA, linked by phosphodiester bonds; However, they may also include non-natural nucleotide analogues, for example modified bases, sugars or internucleoside linkages.

La synthèse de ces fragments de polynucléotides peut notamment être obtenue par une opération de synthèse enzymatique permettant la synthèse de séquences de plusieurs centaines de nucléotides. Différentes applications sont permises du fait de la possibilité d’obtenir, plus rapidement et de manière plus fiable, des séquences plus longues, parmi lesquelles du stockage génétique de données. The synthesis of these polynucleotide fragments can in particular be obtained by an enzymatic synthesis operation allowing the synthesis of sequences of several hundred nucleotides. Different applications are permitted due to the possibility of obtaining, more quickly and more reliably, longer sequences, including genetic data storage.

On connaît des procédés de synthèse enzymatique de polynucléotides au cours desquels il est mis en œuvre de manière cyclique des étapes d’élongation et des étapes de déprotection sur des sites de réaction identifiés. Methods for the enzymatic synthesis of polynucleotides are known in which elongation steps and deprotection steps are carried out cyclically at identified reaction sites.

Chaque étape d’élongation consiste en l’ajout d’un nucléotide à l’extrémité déprotégée d’un fragment d’un polynucléotide, ou à un fragment initiateur pour ce qui est de la première étape d’élongation, le polynucléotide dans un site de réaction étant obtenu par des ajouts successifs des nucléotides souhaités, nucléotide par nucléotide. Chaque étape de déprotection est mise en œuvre à la suite d’une étape d’élongation et vise à déprotéger certains fragments de polynucléotides, de sorte que les fragments de polynucléotides ainsi ciblés soient dans un état approprié pour recevoir un nouveau nucléotide lors de l’étape d’élongation suivante. On comprend qu’au cours d’une étape de déprotection, il convient de ne déprotéger que les fragments de polynucléotides destinés à recevoir un nucléotide lors de l’étape d’élongation suivante de sorte que l’on réalise des étapes de déprotection localisée. Each elongation step consists of the addition of a nucleotide to the deprotected end of a fragment of a polynucleotide, or to an initiator fragment in the case of the first elongation step, the polynucleotide in a reaction site being obtained by successive additions of the desired nucleotides, nucleotide by nucleotide. Each deprotection step is implemented following an elongation step and aims to deprotect certain polynucleotide fragments, such that the polynucleotide fragments thus targeted are in a state suitable for receiving a new nucleotide during the following elongation step. It is understood that during a deprotection step, it is appropriate to deprotect only the polynucleotide fragments intended to receive a nucleotide during the following elongation step so that localized deprotection steps are carried out.

La déprotection électrochimique localisée peut être accomplie de diverses manières. A titre d’exemple, on peut contrôler le pH localement, par exemple au niveau d'un site de réaction pour déprotéger des liaisons sensibles à ces valeurs de pH. Il est également possible de contrôler le potentiel électrique ou courant électrique entre une électrode de travail présente localement dans un site de réaction et une électrode de référence, la déprotection se faisant par réduction ou oxydation d’une liaison sensible à l'oxydoréduction. Localized electrochemical deprotection can be accomplished in a variety of ways. For example, the pH can be controlled locally, for example at a reaction site to deprotect bonds sensitive to these pH values. It is also possible to control the electric potential or electric current between a working electrode present locally at a reaction site and a reference electrode, the deprotection being accomplished by reduction or oxidation of a redox-sensitive bond.

Dans le cas de la synthèse enzymatique réalisée sur des plaques de support comportant une pluralité de sites de réaction, la déprotection électrochimique est mise en œuvre localement à l'aide d'un ensemble d'électrodes, respectivement associées à l’un des sites de réaction et parmi lesquelles certaines sont alimentées électriquement avec un potentiel permettant la réaction d’oxydoréduction lorsqu’une déprotection électrochimique doit être mise en œuvre dans le site de réaction correspondant. In the case of enzymatic synthesis carried out on support plates comprising a plurality of reaction sites, the electrochemical deprotection is implemented locally using a set of electrodes, respectively associated with one of the reaction sites and among which some are electrically supplied with a potential allowing the redox reaction when an electrochemical deprotection must be implemented in the corresponding reaction site.

L’ensemble d’électrodes peut notamment consister en un ensemble connu comme un ensemble à deux électrodes, avec une électrode de travail et une contre-électrode, formant par ailleurs l’électrode de référence pour la détermination de la valeur du potentiel électrique apportée à l’électrode de travail. Un potentiel est appliqué uniquement à l’électrode de travail ou aux électrodes de travail qui sont disposées dans des sites de réaction dans lesquels on souhaite générer une déprotection électrochimique, aucun potentiel n’étant appliqué à la contre-électrode. On contrôle ainsi le potentiel entre l’électrode de travail et la contre-électrode sans qu’un potentiel ne soit appliqué à cette dernière, la contre-électrode n’étant là que pour compenser le stimulus électrique qui est appliqué à l’électrode de travail et faire la réaction inverse. The electrode assembly may in particular consist of an assembly known as a two-electrode assembly, with a working electrode and a counter electrode, also forming the reference electrode for determining the value of the electrical potential supplied to the working electrode. A potential is applied only to the working electrode or to the working electrodes which are arranged in reaction sites in which it is desired to generate electrochemical deprotection, no potential being applied to the counter electrode. The potential between the working electrode and the counter electrode is thus controlled without a potential being applied to the latter, the counter electrode being there only to compensate for the electrical stimulus which is applied to the working electrode and to carry out the reverse reaction.

L’ensemble d’électrodes peut également consister en un ensemble connu comme un ensemble à trois électrodes, avec une électrode de travail, une contre-électrode et une électrode de référence distincte de la contre-électrode. L’électrode de travail reste l’électrode à laquelle est appliqué un potentiel électrique souhaité, et on contrôle le potentiel appliqué directement entre l’électrode de travail et l’électrode de référence, qui est toujours à un potentiel statique. Là encore, la contre-électrode n’est là que pour automatiquement faire la réaction inverse de l’électrode de travail. The electrode assembly may also consist of an assembly known as a three-electrode assembly, with a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode separate from the counter electrode. The working electrode remains the electrode to which a desired electrical potential is applied, and the potential applied directly between the working electrode and the reference electrode, which is always at a static potential, is controlled. Again, the counter electrode is only there to automatically do the reverse reaction of the working electrode.

Dans chacun de ces ensembles, on contrôle le courant circulant entre l’électrode de travail et la contre-électrode, et on contrôle simultanément le potentiel électrique de l’électrode de travail, c’est-à-dire la différence de potentiel entre l’électrode de travail et l’électrode de référence. In each of these sets, the current flowing between the working electrode and the counter electrode is controlled, and the electrical potential of the working electrode is simultaneously controlled, i.e. the potential difference between the working electrode and the reference electrode.

Il est connu d’agencer des dispositifs de synthèse enzymatique avec des sites de réaction formés dans des puits. Dans ce contexte, l’électrode de référence, ou la contre-électrode, est disposée autour de chacun des puits, avec une électrode de travail qui est disposée au fond ou dans la paroi latérale de chaque puit. De manière alternative, l’électrode de référence peut entourer l’intégralité des puits et des électrodes de travail qui y sont logées.It is known to arrange enzymatic synthesis devices with reaction sites formed in wells. In this context, the reference electrode, or counter electrode, is arranged around each of the wells, with a working electrode that is arranged at the bottom or in the side wall of each well. Alternatively, the reference electrode can surround the entire wells and the working electrodes housed therein.

Dans certains cas d’application, il a pu être constaté un problème de lignes de champ entre les électrodes de travail et l’électrode de référence, notamment dans le cas d’un système à trois électrodes avec des contre-électrodes qui entourent chacune leur propre électrode de travail, notamment lorsque l’ensemble à trois électrodes est noyé dans une solution électrolytique. La convergence des lignes de champ depuis chaque électrode de travail vers l’électrode de référence, disposée sensiblement dans le même plan que celui des électrodes de travail, fait augmenter la résistance et limite la possibilité d'un contrôle uniforme de chaque électrode de travail. In some application cases, a problem with field lines between the working electrodes and the reference electrode has been observed, particularly in the case of a three-electrode system with counter-electrodes each surrounding their own working electrode, particularly when the three-electrode assembly is submerged in an electrolytic solution. The convergence of the field lines from each working electrode to the reference electrode, arranged substantially in the same plane as the working electrodes, increases the resistance and limits the possibility of uniform control of each working electrode.

Par ailleurs, l’intégration de l’électrode de référence, ou des électrodes de référence, en plus de l’intégration des contre-électrodes, limite l’espace disponible sur la plaque de support. Furthermore, the integration of the reference electrode, or reference electrodes, in addition to the integration of the counter electrodes, limits the space available on the support plate.

Résumé de l’invention Summary of the invention

La présente invention vise à pallier les inconvénients des systèmes antérieurs, en proposant un dispositif permettant une réaction électrochimique efficace et dans un encombrement réduit pour effectuer une étape de déprotection de fragments de polynucléotides, notamment d’ARN ou d’ADN, notamment pour préparer ces fragments à une étape ultérieure d’élongation dans le cadre d’un procédé de synthèse enzymatique.The present invention aims to overcome the drawbacks of prior systems, by proposing a device allowing an efficient electrochemical reaction and in a reduced footprint to carry out a step of deprotection of polynucleotide fragments, in particular RNA or DNA, in particular to prepare these fragments for a subsequent elongation step within the framework of an enzymatic synthesis process.

L’invention s’inscrit dans le contexte qui précède en proposant un dispositif électrochimique pour synthèse enzymatique de polynucléotides, comprenant au moins un conduit de circulation configuré pour recevoir une solution électrolytique, le conduit de circulation étant délimité par une première paroi et une deuxième paroi distinctes l’une de l’autre, la première paroi formant une plaque de support d’au moins un site de réaction configuré pour la synthèse enzymatique et apte à être porteur d’un fragment initiateur de polynucléotide, notamment d’ARN ou d’ADN, le conduit de circulation étant équipé d’un ensemble d’électrodes pilotés par un module de contrôle, l’ensemble d’électrodes comportant au moins une électrode d’un réseau d’électrodes formé sur la plaque de support et opéra tionnellement associé aux sites de réaction, l’ensemble d’électrodes comportant au moins une électrode additionnelle disposée sur la deuxième paroi à distance de la plaque de support. The invention falls within the above context by proposing an electrochemical device for enzymatic synthesis of polynucleotides, comprising at least one circulation conduit configured to receive an electrolytic solution, the circulation conduit being delimited by a first wall and a second wall distinct from each other, the first wall forming a support plate for at least one reaction site configured for enzymatic synthesis and capable of carrying an initiator fragment of polynucleotide, in particular RNA or DNA, the circulation conduit being equipped with a set of electrodes controlled by a control module, the set of electrodes comprising at least one electrode of a network of electrodes formed on the support plate and operationally associated with the reaction sites, the set of electrodes comprising at least one additional electrode arranged on the second wall at a distance from the support plate.

Un tel dispositif électrochimique est notamment utilisé pour une étape de déprotection de fragments de polynucléotides, notamment d’ADN et/ ou d’ARN, qui ont au préalable été synthétisés sur des sites de réaction disposé dans le conduit de circulation du dispositif électrochimique, quel que soit la forme de ceux-ci et les moyens mis en œuvre pour réaliser cette synthèse. Such an electrochemical device is notably used for a step of deprotection of polynucleotide fragments, notably DNA and/or RNA, which have previously been synthesized on reaction sites arranged in the circulation conduit of the electrochemical device, whatever the shape of these and the means implemented to carry out this synthesis.

L’étape de déprotection électrochimique consiste à retirer la protection présente à l’extrémité libre des fragments de polynucléotides, notamment d’ADN et/ ou d’ARN, qui viennent d’être allongés d’un nucléotide, par une réaction d’oxydoréduction générée par l’alimentation électrique ciblée qui est faite à direction d’une des électrodes du réseau d’électrodes et par la présence d’une solution électrolytique dans le chemin de circulation de part et d’autre duquel sont disposés les électrodes de l’ensemble d’électrodes. The electrochemical deprotection step consists of removing the protection present at the free end of the polynucleotide fragments, in particular DNA and/or RNA, which have just been extended by one nucleotide, by an oxidation-reduction reaction generated by the targeted electrical supply which is made in the direction of one of the electrodes of the electrode network and by the presence of an electrolytic solution in the circulation path on either side of which the electrodes of the set of electrodes are arranged.

La solution électrolytique circule dans le conduit de circulation délimité au moins par les deux parois distinctes sur lesquelles sont disposées les électrodes de l’ensemble d’électrode. The electrolytic solution circulates in the circulation conduit delimited at least by the two separate walls on which the electrodes of the electrode assembly are arranged.

La place sur la plaque de support pour les électrodes de travail, sur lesquelles sont appliqués les potentiels électriques, est ainsi optimisée puisque la ou les électrodes additionnelles sont délocalisées sur la paroi du conduit de circulation à l’opposé de la plaque de support. The space on the support plate for the working electrodes, to which the electrical potentials are applied, is thus optimized since the additional electrode(s) are relocated to the wall of the circulation duct opposite the support plate.

L’au moins une électrode additionnelle qui est disposée selon l’invention sur une paroi à distance de celle du réseau d’électrodes, doit être considérée comme une électrode distincte du réseau d’électrodes. Les électrodes du réseau d’électrodes, tout comme l’électrode additionnelle, peuvent présenter des dimensions variables les unes des autres, notamment en fonction de leur fonction et de leur position. En fonction de la taille du dispositif électrochimique, ces électrodes peuvent être tout aussi bien de l’ordre du centimètre, du millimètre, du micromètre ou du nanomètre. A titre d’exemple non limitatif, l’au moins une électrode additionnelle peut présenter une dimension différente de celle des électrodes du réseau d’électrodes, avec l’au moins une électrode additionnelle qui est de l’ordre du millimètre et des électrodes du réseau d’électrodes qui sont de l’ordre du micron. On parlera dans la suite de manière générale de réseau d’électrodes sans distinction particulière sur la taille sachant qu’une telle appellation pourra couvrir un réseau de microélectrodes. The at least one additional electrode which is arranged according to the invention on a wall at a distance from that of the electrode network must be considered as an electrode distinct from the electrode network. The electrodes of the electrode array, just like the additional electrode, may have dimensions that vary from one another, in particular depending on their function and their position. Depending on the size of the electrochemical device, these electrodes may be of the order of a centimeter, a millimeter, a micrometer or a nanometer. As a non-limiting example, the at least one additional electrode may have a dimension that is different from that of the electrodes of the electrode array, with the at least one additional electrode being of the order of a millimeter and the electrodes of the electrode array being of the order of a micron. In the following, we will generally refer to an electrode array without any particular distinction as to size, knowing that such a term may cover an array of microelectrodes.

Un différentiel de surface positif entre l’électrode additionnelle et les électrodes de travail du réseau d’électrodes permet de réduire la résistance interne de la cellule, procurant un meilleur degré de contrôle du processus. De préférence, la surface de l’électrode additionnelle est au moins 10 fois supérieure à la surface combinée des électrodes de travail comprises dans le réseau d’électrodes, de façon particulièrement préférée au moins 25, 50, 100 ou 1000 fois supérieure. S’il y a plusieurs électrodes additionnelles, c’est la surface combinée des électrodes additionnelles qu’il faut prendre en compte. A positive surface differential between the additional electrode and the working electrodes of the electrode array allows for a reduced internal resistance of the cell, providing a greater degree of process control. Preferably, the surface area of the additional electrode is at least 10 times greater than the combined surface area of the working electrodes included in the electrode array, particularly preferably at least 25, 50, 100 or 1000 times greater. If there are multiple additional electrodes, it is the combined surface area of the additional electrodes that is to be taken into account.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le dit au moins un conduit de circulation consiste en un conduit ou en deux conduits . According to an optional feature of the invention, said at least one circulation conduit consists of one conduit or two conduits.

Selon une caractéristique de l’invention, la première paroi et la deuxième paroi sont des parois en opposition, et l’électrode additionnelle est disposée sur la deuxième paroi opposée à la plaque de support. According to a characteristic of the invention, the first wall and the second wall are opposing walls, and the additional electrode is arranged on the second wall opposite the support plate.

Le fait de disposer les électrodes sur des parois en opposition, c’est à dire de part et d’autre du conduit dans lequel circule la solution électrolytique, permet d’avoir des lignes de champ qui sont toutes parallèles, en travers du flux de circulation de la solution électrolytique, entre les électrodes de travail et l’électrode additionnelle disposée sur la paroi opposée du conduit de circulation et un stimulus réparti de façon uniforme sur toutes les électrodes de travail. Arranging the electrodes on opposing walls, that is to say on either side of the conduit in which the electrolytic solution circulates, makes it possible to have field lines which are all parallel, across the flow of circulation of the electrolytic solution, between the working electrodes and the additional electrode arranged on the opposite wall of the circulation conduit and a stimulus distributed uniformly on all the working electrodes.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la première paroi (6) et la deuxième paroi (7) sont espacées d’une distance de 10 jim à 1 cm. Le fait de positionner les deux parois à une telle distance offre des conditions optimales pour une réaction d’élongation enzymatique d’un fragment polynucléotidique, en permettant une déprotection efficace tout en limitant la dégradation des réactifs telle que la précipitation enzymatique. Ainsi, il est possible de procéder à la réaction d’élongation et à celle de déprotection dans le même site de réaction au sein du conduit de circulation. En particulier, la première paroi (6) et la deuxième paroi (7) peuvent être espacées d’une distance de 10 pm à 200 pm, plus particulièrement de 10 jim à 100 jim ou 10 pm à 50 pm. La première paroi (6) et la deuxième paroi (7) peuvent être également espacées d’une distance de 100 pm à 1 cm, plus particulièrement 200 pm à 1 cm ou 500 pm à 1 cm. According to an optional feature of the invention, the first wall (6) and the second wall (7) are spaced apart by a distance of 10 μm to 1 cm. Positioning the two walls at such a distance provides optimal conditions for an enzymatic elongation reaction of a polynucleotide fragment, by allowing efficient deprotection while limiting the degradation of the reagents such as enzymatic precipitation. Thus, it it is possible to carry out the elongation reaction and the deprotection reaction in the same reaction site within the circulation conduit. In particular, the first wall (6) and the second wall (7) may be spaced apart by a distance of 10 pm to 200 pm, more particularly 10 pm to 100 pm or 10 pm to 50 pm. The first wall (6) and the second wall (7) may also be spaced apart by a distance of 100 pm to 1 cm, more particularly 200 pm to 1 cm or 500 pm to 1 cm.

Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif est configuré de telle façon que la distance entre la première paroi (6) et la deuxième paroi (7) est ajustable. Par exemple, la première paroi (6) et/ ou la deuxième paroi (7) peuvent être mobiles de façon à pouvoir modifier la distance les séparant, pour augmenter ou diminuer cette distance en fonction de l’utilisation du dispositif. Ainsi, ladite distance peut être modifiée en fonction du type de réaction ou de l’étape réactionnelle réalisée à l’aide du dispositif électrochimique. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la première paroi est porteuse de plusieurs sites de réaction, chaque site de réaction étant opéra tionnellement associé à au moins une électrode du réseau d’électrodes. In a particular embodiment, the device is configured such that the distance between the first wall (6) and the second wall (7) is adjustable. For example, the first wall (6) and/or the second wall (7) may be movable so as to be able to modify the distance separating them, to increase or decrease this distance depending on the use of the device. Thus, said distance may be modified depending on the type of reaction or the reaction step carried out using the electrochemical device. According to an optional characteristic of the invention, the first wall carries several reaction sites, each reaction site being operationally associated with at least one electrode of the electrode network.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le conduit de circulation est délimité par ailleurs par une paroi latérale reliée au moins à l’une ou l’autre de la première paroi et de la deuxième paroi, la paroi latérale étant porteuse d’au moins une autre électrode additionnelle. According to an optional characteristic of the invention, the circulation conduit is further delimited by a side wall connected at least to one or the other of the first wall and the second wall, the side wall carrying at least one other additional electrode.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la plaque de support est configurée pour supporter au moins un semi-conducteur, le réseau d’électrodes étant disposé sur ledit semi-conducteur. According to an optional feature of the invention, the support plate is configured to support at least one semiconductor, the electrode array being arranged on said semiconductor.

La plaque de support peut notamment comporter une carte de circuit imprimé qui porte des composants qui peuvent notamment prendre la forme de semi-conducteurs de type CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) ou Screen-Printed Electrode (SPE). De manière alternative, la plaque de support peut consister en une plaque de verre. The support plate may in particular comprise a printed circuit board which carries components which may in particular take the form of CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) or Screen-Printed Electrode (SPE) type semiconductors. Alternatively, the support plate may consist of a glass plate.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le réseau d’électrodes est configuré de manière à comporter au moins une électrode de travail opérationnellement associée à un site de réaction et pilotée par un module de contrôle pour former une anode ou une cathode susceptible de réaliser une opération d’oxydoréduction. According to an optional feature of the invention, the electrode network is configured so as to comprise at least one working electrode operationally associated with a reaction site and controlled by a control module to form an anode or a cathode capable of carrying out an oxidation-reduction operation.

Ce pilotage s'effectue à distance à l'aide d'un potentiostat ou d'un générateur électrique. Dans le cas particulier d'une CMOS, le montage est le même à la différence d'ajouter un système de porte logique après le générateur de façon à pouvoir appliquer des valeurs de courant ou potentiel que l'on veut (et où on veut). Selon les valeurs distribuées par le générateur couplé à l’architecture des transistors composant la CMOS, la valeur des courants ou potentiels aux électrodes placées en sortie, qui sont en contact avec la solution, peut être négative, formant une cathode. Si cette valeur est positive, on forme une anode. This control is carried out remotely using a potentiostat or an electric generator. In the particular case of a CMOS, the assembly is the same except for adding a logic gate system after the generator so that you can apply the current or potential values you want (and where you want). Depending on the values distributed by the generator coupled to the architecture of the transistors making up the CMOS, the value of the currents or potentials at the electrodes placed at the output, which are in contact with the solution, can be negative, forming a cathode. If this value is positive, an anode is formed.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le réseau d’électrodes est configuré de manière à comporter plusieurs électrodes de travail qui sont respectivement opérationnellement associées à un site de réaction et pilotées par un module de contrôle pour former une anode ou une cathode susceptible de réaliser une opération d’oxydoréduction, chacune des électrodes de travail pouvant être contrôlée indépendamment des autres. According to an optional feature of the invention, the electrode network is configured so as to comprise several working electrodes which are respectively operationally associated with a reaction site and controlled by a control module to form an anode or a cathode capable of carrying out an oxidation-reduction operation, each of the working electrodes being able to be controlled independently of the others.

A titre d’exemple, sans que celui-ci soit limitatif de l’invention, une première électrode de travail peut être pilotée pour former une anode à laquelle est appliquée un potentiel positif de IV, tandis qu’une deuxième électrode de travail peut être pilotée pour former une cathode à laquelle est appliquée un potentiel négatif de 2V et qu’une troisième électrode de travail peut être pilotée pour former une anode à laquelle est appliquée un potentiel positif de 2V. By way of example, without this being limiting of the invention, a first working electrode can be driven to form an anode to which a positive potential of IV is applied, while a second working electrode can be driven to form a cathode to which a negative potential of 2V is applied and a third working electrode can be driven to form an anode to which a positive potential of 2V is applied.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le réseau d’électrodes et l’au moins une électrode additionnelle sont électriquement liés. According to an optional feature of the invention, the electrode network and the at least one additional electrode are electrically linked.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le réseau d’électrodes et l’au moins une électrode additionnelle sont indépendants. According to an optional characteristic of the invention, the electrode network and the at least one additional electrode are independent.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’ensemble d’électrodes comporte deux types distincts d’électrodes parmi lesquels une ou plusieurs électrodes de travail et une ou plusieurs contre-électrodes associées aux électrodes de travail, l’au moins une électrode additionnelle étant une électrode de type contre-électrode. According to an optional characteristic of the invention, the set of electrodes comprises two distinct types of electrodes including one or more working electrodes and one or more counter-electrodes associated with the working electrodes, the at least one additional electrode being a counter-electrode type electrode.

Dans un tel montage à deux électrodes, il peut être considéré que l’électrode de référence est formée par la contre électrode, les câbles branchant l'électrode de référence sont fusionnés avec les câbles de contre-électrode. In such a two-electrode arrangement, it can be considered that the reference electrode is formed by the counter electrode, the cables connecting the reference electrode are fused with the counter electrode cables.

Le pilotage, c’est-à-dire l’application des valeurs souhaitées de courant ou potentiel, est appliqué directement sur une ou plusieurs électrodes de travail, et la contre électrode se retrouve automatiquement à un potentiel de valeur opposée. On définit les contre- électrodes dans l’ensemble d’électrodes comme les électrodes auxquelles on n’applique aucun potentiel directement. Dès lors qu’il est choisi d’appliquer un potentiel donné à une électrode, celle-ci doit changer de nom quel qu’ait été son rôle précédemment et doit être considéré comme une nouvelle électrode de travail. The control, that is to say the application of the desired values of current or potential, is applied directly to one or more working electrodes, and the counter electrode automatically finds itself at a potential of opposite value. The counter-electrode is defined as electrodes in the electrode set as electrodes to which no potential is applied directly. Once it is chosen to apply a given potential to an electrode, it must change its name regardless of its previous role and must be considered as a new working electrode.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’ensemble d’électrodes comporte trois types distincts d’électrodes parmi lesquels une ou plusieurs électrodes de travail, une ou plusieurs contre-électrodes associées aux électrodes de travail, et au moins une électrode de type électrode de référence. According to an optional characteristic of the invention, the set of electrodes comprises three distinct types of electrodes including one or more working electrodes, one or more counter-electrodes associated with the working electrodes, and at least one electrode of the reference electrode type.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’au moins une électrode additionnelle est une électrode de type électrode de référence et/ ou une électrode de type contre-électrode. According to an optional characteristic of the invention, the at least one additional electrode is an electrode of the reference electrode type and/or an electrode of the counter-electrode type.

Tel qu’évoqué précédemment, le pilotage s'effectue sur l’électrode de travail et la contre- électrode utilise la valeur opposée pour compenser/ neutraliser le système électrique dans sa globalité. L'électrode de référence va permettre de polariser l'électrode de travail en fixant des valeurs de potentiels fixes qui ne varient pas pendant la stimulation et relaxation. Elle sert de point de repère aux valeurs de potentiels utilisées tout en ne participant chimiquement et électriquement pas aux mécanisme réducteur/ oxydant de la solution. As mentioned above, the control is carried out on the working electrode and the counter electrode uses the opposite value to compensate/neutralize the electrical system as a whole. The reference electrode will allow the working electrode to be polarized by setting fixed potential values that do not vary during stimulation and relaxation. It serves as a reference point for the potential values used while not chemically and electrically participating in the reducing/oxidizing mechanisms of the solution.

Lorsque plusieurs électrodes additionnelles sont disposées sur la deuxième paroi, en regard du réseau d’électrodes formé sur la plaque de support, celles-ci peuvent être toutes du même type, c’est-à-dire toutes des électrodes de référence ou bien toutes des contre électrodes, ou bien elles peuvent être de types différents et former un mix d’électrodes de référence et de contre électrodes agencé de façon cohérente par rapport à la disposition des électrodes de travail du réseau d’électrodes formé sur la plaque de support. When several additional electrodes are arranged on the second wall, opposite the network of electrodes formed on the support plate, these may all be of the same type, that is to say all reference electrodes or all counter electrodes, or they may be of different types and form a mix of reference electrodes and counter electrodes arranged in a coherent manner with respect to the arrangement of the working electrodes of the network of electrodes formed on the support plate.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le réseau d’électrodes comprend plusieurs électrodes de type électrode de travail et de type contre-électrode, une électrode du premier type étant alimentée électriquement de sorte à former une cathode ou une anode et entourant au moins une électrode du deuxième type alimentée électriquement de sorte à former une anode ou une cathode. According to an optional feature of the invention, the electrode network comprises several electrodes of the working electrode type and of the counter-electrode type, an electrode of the first type being electrically supplied so as to form a cathode or an anode and surrounding at least one electrode of the second type electrically supplied so as to form an anode or a cathode.

Un premier mode de réalisation peut consister en un réseau d’électrodes qui comporte des couples d’électrode de travail et de contre électrode, formant des couples anode et cathode, avec les couples qui sont indépendants les uns des autres. De manière alternative, un deuxième mode de réalisation peut consister en un agencement où une contre-électrode entoure toutes les électrodes de référence. On parle dans ce dernier cas de contre électrode universelle qui est plus simple à intégrer dans l’ensemble d’électrodes.A first embodiment may consist of an electrode network that comprises pairs of working electrodes and counter electrodes, forming anode and cathode pairs, with the pairs being independent of each other. In a manner Alternatively, a second embodiment may consist of an arrangement where a counter electrode surrounds all the reference electrodes. In the latter case, we speak of a universal counter electrode which is simpler to integrate into the set of electrodes.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le dispositif électrochimique comprend une pluralité d’électrodes de type électrode de travail, le réseau d’électrodes formé sur la plaque de support comprend une pluralité d’électrodes, le dispositif électrochimique comprenant sur la deuxième paroi une unique électrode additionnelle, commune à la pluralité d’électrodes de type électrode de travail. According to an optional characteristic of the invention, the electrochemical device comprises a plurality of electrodes of the working electrode type, the network of electrodes formed on the support plate comprises a plurality of electrodes, the electrochemical device comprising on the second wall a single additional electrode, common to the plurality of electrodes of the working electrode type.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le dispositif électrochimique comprend une pluralité d’électrodes de type électrode de travail, le réseau d’électrodes formé sur la plaque de support comprend une pluralité d’électrodes, le dispositif électrochimique comprenant sur la deuxième paroi une pluralité d’électrodes additionnelles respectivement associées à au moins une des électrodes de la pluralité d’électrodes de type électrode de travail. According to an optional characteristic of the invention, the electrochemical device comprises a plurality of electrodes of the working electrode type, the network of electrodes formed on the support plate comprises a plurality of electrodes, the electrochemical device comprising on the second wall a plurality of additional electrodes respectively associated with at least one of the electrodes of the plurality of electrodes of the working electrode type.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’électrode de travail est alimentée de sorte que le courant d’alimentation présente une valeur supérieure à une valeur seuil, de manière à ce que l’électrode de travail soit rendue active pour la production de protons ou pour la déplétion de protons. According to an optional feature of the invention, the working electrode is supplied so that the supply current has a value greater than a threshold value, such that the working electrode is made active for the production of protons or for the depletion of protons.

Lorsque l’on souhaite qu’une déprotection du fragment de polynucléotides, notamment d’ADN et/ ou d’ARN, présent dans le site de réaction ait lieu, on pilote l’alimentation de l’électrode de travail associé à ce site de réaction de sorte que le courant présente une valeur supérieure à une valeur seuil correspondante donnée. On connaît la valeur précise à laquelle activer le système électrochimique, cette valeur précise dépendant de la solution électrolytique utilisée. A titre d’exemple, on applique sur la moitié des électrodes un potentiel positif d’une valeur égale à IV, c’est-à-dire de l’ordre de +1V par rapport à l’électrode standard à hydrogène. Cette valeur est suffisante pour activer la production de protons grâce à la solution électrolytique utilisée. On produit ainsi des protons sur chacun des sites associés aux électrodes où on a appliqué ce potentiel, c’est-à-dire sur la moitié des sites dans l’exemple. On a déprotégé sur la moitié des sites des fragments de polynucléotides, notamment d’ADN et/ ou d’ARN, qui étaient placés sur la plaque de support. Ces fragments pourront être élongés au cycle de synthèse enzymatique suivant. Lorsque l’on souhaite s’assurer qu’aucune action de déprotection ne sera effectuée sur le fragment de polynucléotides présent dans un site de réaction, deux choix sont possibles. Le premier est de ne rien faire, et donc de n’appliquer aucun potentiel électrique aux électrodes associés aux sites de réaction dans lesquels le fragment de polynucléotides ne doit pas être déprotégé. Le deuxième choix est d’appliquer une valeur de potentiel précise qui est connu comme insuffisante pour activer la production de protons pour la solution électrolytique utilisée, ou bien qui est connu pour ne pas produire assez de protons pour déprotéger intégralement les fragments de polynucléotides. Dans l’exemple évoqué précédemment, on peut appliquer sur l’autre moitié des sites de réaction un potentiel positif d’une valeur égale à 0.5V, cette valeur étant insuffisante pour produire assez de protons pour baisser le pH autour des sites. Les fragments de polynucléotides présents dans cette autre moitié des sites ne sont ainsi pas déprotégés et ils ne peuvent pas être par conséquence élongés au cycle de synthèse enzymatique suivant. When it is desired that a deprotection of the polynucleotide fragment, in particular DNA and/or RNA, present in the reaction site takes place, the power supply of the working electrode associated with this reaction site is controlled so that the current has a value greater than a given corresponding threshold value. The precise value at which to activate the electrochemical system is known, this precise value depending on the electrolytic solution used. For example, a positive potential of a value equal to IV is applied to half of the electrodes, i.e. of the order of +1V relative to the standard hydrogen electrode. This value is sufficient to activate the production of protons thanks to the electrolytic solution used. Protons are thus produced on each of the sites associated with the electrodes where this potential has been applied, i.e. on half of the sites in the example. Polynucleotide fragments, including DNA and/or RNA, placed on the support plate were deprotected at half of the sites. These fragments can be extended in the next enzymatic synthesis cycle. When one wishes to ensure that no deprotection action will be performed on the polynucleotide fragment present in a reaction site, two choices are possible. The first is to do nothing, and therefore to not apply any electrical potential to the electrodes associated with the reaction sites in which the polynucleotide fragment must not be deprotected. The second choice is to apply a precise potential value that is known to be insufficient to activate the production of protons for the electrolytic solution used, or that is known not to produce enough protons to completely deprotect the polynucleotide fragments. In the example mentioned above, one can apply to the other half of the reaction sites a positive potential of a value equal to 0.5V, this value being insufficient to produce enough protons to lower the pH around the sites. The polynucleotide fragments present in this other half of the sites are thus not deprotected and they cannot therefore be extended in the following enzymatic synthesis cycle.

Une autre approche est d’utiliser une déplétion de protons. Lorsque l’on va appliquer un potentiel supérieur à une valeur seuil à certaines électrodes, on va avoir une génération d’espèces basiques sur chacun des sites associés aux électrodes où on a appliqué ce potentiel et donc une augmentation du pH autour de ces sites. Il y aura donc une déprotection au niveau de ces sites. Another approach is to use proton depletion. When we apply a potential higher than a threshold value to certain electrodes, we will have a generation of basic species on each of the sites associated with the electrodes where we applied this potential and therefore an increase in the pH around these sites. There will therefore be a deprotection at the level of these sites.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’au moins une électrode additionnelle fait saillie de la deuxième paroi du conduit de circulation. En d’autres termes, l’au moins une électrode additionnelle tend à se rapprocher de la plaque de support formant la première paroi, de sorte qu’elle est plus exposée au flux de la solution électrolytique présente dans le conduit de circulation. According to an optional feature of the invention, the at least one additional electrode projects from the second wall of the circulation conduit. In other words, the at least one additional electrode tends to move closer to the support plate forming the first wall, so that it is more exposed to the flow of the electrolytic solution present in the circulation conduit.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’au moins une électrode additionnelle est disposée dans un renfoncement de la deuxième paroi du conduit de circulation. According to an optional feature of the invention, the at least one additional electrode is arranged in a recess in the second wall of the circulation conduit.

On comprend que cette caractéristique couvre aussi bien un positionnement de l’électrode additionnelle affleurant la deuxième paroi qu’un positionnement de l’électrode additionnelle dans un puits creusé dans la deuxième paroi, par exemple au niveau d’une paroi de fond de ce puits. It is understood that this characteristic covers both a positioning of the additional electrode flush with the second wall and a positioning of the additional electrode in a well dug in the second wall, for example at the level of a bottom wall of this well.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la deuxième paroi comporte plusieurs électrodes additionnelles et au moins l’une de ces électrodes additionnelles fait saillie de la deuxième paroi du conduit de circulation tandis qu’au moins l’une de ces électrodes additionnelles est disposée dans un renfoncement de cette deuxième paroi. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’au moins une électrode additionnelle est une électrode unique s’étendant en regard de plusieurs électrodes du réseau d’électrodes et présentant une forme choisie parmi les formes de plaque, de grille, de spirale au contact de la deuxième paroi du conduit de circulation. According to an optional feature of the invention, the second wall comprises several additional electrodes and at least one of these additional electrodes projects from the second wall of the circulation duct while at least one of these additional electrodes is arranged in a recess of this second wall. According to an optional characteristic of the invention, the at least one additional electrode is a single electrode extending opposite several electrodes of the electrode network and having a shape chosen from the shapes of a plate, grid, spiral in contact with the second wall of the circulation duct.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’au moins une électrode additionnelle comporte plusieurs électrodes additionnelles s’étendant respectivement en regard d’une électrode du réseau d’électrodes et présentant respectivement une forme choisie par exemple une forme rectangulaire ou annulaire. According to an optional characteristic of the invention, the at least one additional electrode comprises several additional electrodes extending respectively opposite an electrode of the electrode network and respectively having a shape chosen for example a rectangular or annular shape.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’électrode additionnelle est transparente. Alternativement, l’électrode additionnelle peut être opaque ou bien encore présenter un compromis entre opacité et transparence. According to an optional feature of the invention, the additional electrode is transparent. Alternatively, the additional electrode may be opaque or may present a compromise between opacity and transparency.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, les électrodes du réseau d’électrodes et/ ou l’électrode additionnelle sont réalisées à partir d’un métal, d’un oxyde ou d’une combinaison de métal et d’oxyde. A titre d’exemple non limitatif, ces électrodes peuvent être formées de platine, d’or ou d’oxyde d'indium-étain. According to an optional feature of the invention, the electrodes of the electrode network and/or the additional electrode are made from a metal, an oxide or a combination of metal and oxide. As a non-limiting example, these electrodes may be formed from platinum, gold or indium-tin oxide.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, les électrodes du réseau d’électrodes peuvent être obtenues par pulvérisation, électrodéposition ou encore photo-modélisation.According to an optional feature of the invention, the electrodes of the electrode network can be obtained by spraying, electrodeposition or even photo-modeling.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le conduit de circulation comprend au moins une membrane semi-perméable. Cette membrane semi-perméable ayant pour but d'isoler les espèces générées aux électrodes de la paroi. Ces membranes peuvent être des membranes de verre, des membranes à polymère ionique. Elles peuvent être transparentes pour ne pas perturber toute tentative de caractérisation optiques. According to an optional feature of the invention, the circulation conduit comprises at least one semi-permeable membrane. This semi-permeable membrane is intended to isolate the species generated at the electrodes of the wall. These membranes can be glass membranes, ionic polymer membranes. They can be transparent so as not to disturb any attempt at optical characterization.

De manière complémentaire, on peut prévoir d’ajouter au sein du conduit de circulation, entre la première paroi et la deuxième paroi, une membrane échangeuse d'ions, en plus de la membrane semi-perméable. Additionally, it is possible to plan to add an ion exchange membrane within the circulation conduit, between the first wall and the second wall, in addition to the semi-permeable membrane.

De manière alternative, sans que cela sorte du contexte de l’invention, le conduit de circulation peut être vide et seulement dédié à la circulation de fluide entre les deux parois en opposition sur lesquelles sont disposées les électrodes. L’invention concerne également une méthode de synthèse de polynucléotides par le dispositif électrochimique de synthèse enzymatique tel que précédemment évoqué, comprenant une étape d’association, au cours de laquelle chaque site de réaction d’une plaque de support est opérationnellement associé à une électrode du réseau d’électrodes, et une étape de déprotection au cours de laquelle un groupement protecteur labile d’un fragment de polynucléotides, notamment d’ARN ou d’ADN, formé au préalable sur un site de réaction est retiré par une opération d’oxydo-réduction réalisée au contact d’une électrode du réseau d’électrodes, l’étape de déprotection comprenant une application d’un potentiel approprié sur au moins une électrode du réseau d’électrodes. Alternatively, without departing from the context of the invention, the circulation conduit may be empty and only dedicated to the circulation of fluid between the two opposing walls on which the electrodes are arranged. The invention also relates to a method for synthesizing polynucleotides by the electrochemical device for enzymatic synthesis as previously mentioned, comprising an association step, during which each reaction site of a support plate is operationally associated with an electrode of the electrode network, and a deprotection step during which a labile protective group of a polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, previously formed on a reaction site is removed by an oxidation-reduction operation carried out in contact with an electrode of the electrode network, the deprotection step comprising an application of an appropriate potential to at least one electrode of the electrode network.

Le fragment de polynucléotides faisant l’objet d’une étape de déprotection peut consister en un fragment initiateur ou bien en un ensemble formé d’un fragment initiateur et d’une série d’un ou plusieurs nucléotides triphosphate respectivement ajoutés au cours d’une étape d’élongation. L’étape d’élongation peut être réalisée cycliquement, en alternance avec une étape de déprotection, étant entendu que le nucléotide ajouté lors de l’étape d’élongation est porteur d’un groupement protecteur labile, qu’il convient de retirer si l’on souhaite avoir une nouvelle opération d’élongation. The polynucleotide fragment subject to a deprotection step may consist of an initiator fragment or a set formed of an initiator fragment and a series of one or more triphosphate nucleotides respectively added during an elongation step. The elongation step may be carried out cyclically, alternating with a deprotection step, it being understood that the nucleotide added during the elongation step carries a labile protective group, which should be removed if a new elongation operation is desired.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’étape de déprotection et une étape d’élongation, au cours de laquelle un nucléotide est ajouté sur le fragment de polynucléotides, notamment d’ARN ou d’ADN, dont le groupement protecteur labile a été retiré lors de l’étape de déprotection, sont répétées jusqu’à obtention d’un polynucléotide d’intérêt. According to an optional characteristic of the invention, the deprotection step and an elongation step, during which a nucleotide is added to the polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, from which the labile protective group was removed during the deprotection step, are repeated until a polynucleotide of interest is obtained.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le groupement protecteur labile est sensible à un changement de pH, l’application de la différence de potentiel de l’étape de déprotection résultant en un changement de pH conduisant au clivage du groupement protecteur labile. According to an optional feature of the invention, the labile protecting group is sensitive to a change in pH, the application of the potential difference of the deprotection step resulting in a change in pH leading to the cleavage of the labile protecting group.

Dessins Drawings

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows on the one hand, and from several examples of embodiment given for information purposes and without limitation with reference to the attached schematic drawings on the other hand, in which:

[fîg 1] est un organigramme illustrant certaines étapes d’un procédé de synthèse enzymatique, avec notamment une étape d’élongation d’un fragment de polynucléotides, notamment d’ARN ou d’ADN, et une étape de déprotection mettant en œuvre un dispositif électrochimique selon l’invention ; [fig. 1] is a flowchart illustrating certain steps of an enzymatic synthesis process, including a step of elongation of a polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, and a deprotection step using an electrochemical device according to the invention;

[fîg 2] est une représentation schématique d’un dispositif électrochimique selon l’invention, illustrant un conduit de circulation de solution électrolytique avec un réseau d’électrodes disposées sur une première paroi délimitant ce conduit et au moins une électrode additionnelle disposée sur une deuxième paroi opposée à la première paroi ;[fig. 2] is a schematic representation of an electrochemical device according to the invention, illustrating a conduit for circulating electrolytic solution with a network of electrodes arranged on a first wall delimiting this conduit and at least one additional electrode arranged on a second wall opposite the first wall;

[fîg 3] est une représentation schématique d’électrodes du réseau d’électrodes disposées sur la première paroi délimitant le conduit du dispositif électrochimique selon l’invention ; [fig. 3] is a schematic representation of electrodes of the electrode network arranged on the first wall delimiting the conduit of the electrochemical device according to the invention;

[fîg 4] est une représentation schématique, en éclaté, d’un exemple de réalisation d’un dispositif électrochimique selon l’invention ; [fig. 4] is a schematic representation, exploded, of an exemplary embodiment of an electrochemical device according to the invention;

[fîg 5] illustre schématiquement un avantage du dispositif électrochimique selon l’invention, avec des lignes de champ parallèles s’étendant en travers du conduit de circulation ; [fig. 5] schematically illustrates an advantage of the electrochemical device according to the invention, with parallel field lines extending across the circulation conduit;

[fîg 6] illustre schématiquement un conduit de circulation d’un dispositif électrochimique selon un mode de réalisation, avec une première paroi délimitant le conduit de circulation qui comporte des électrodes de travail entourées respectivement d’une contre-électrode, ces deux types d’électrodes présentant une forme annulaire, et avec une deuxième paroi opposée qui comporte des électrodes de référence ; [fig. 6] schematically illustrates a circulation conduit of an electrochemical device according to one embodiment, with a first wall delimiting the circulation conduit which comprises working electrodes surrounded respectively by a counter-electrode, these two types of electrodes having an annular shape, and with a second opposite wall which comprises reference electrodes;

[fig 7] illustre schématiquement un conduit de circulation d’un dispositif électrochimique selon d’autres modes de réalisations, avec une première paroi délimitant le conduit de circulation qui comporte des sous-ensembles formés par deux électrodes de travail concentriques, et avec une deuxième paroi opposée qui comporte des contre-électrodes de référence (7 A), ou une deuxième paroi opposée qui comporte des électrodes de référence (7B) ou des contre-électrodes (7C); [fig 7] schematically illustrates a circulation conduit of an electrochemical device according to other embodiments, with a first wall delimiting the circulation conduit which comprises sub-assemblies formed by two concentric working electrodes, and with a second opposite wall which comprises reference counter-electrodes (7 A), or a second opposite wall which comprises reference electrodes (7B) or counter-electrodes (7C);

[fig 8] illustre schématiquement un conduit de circulation dans lequel sont représentés différents agencements d’électrodes et leur alimentation électrique pour illustrer les différences de potentiel qui peuvent être appliqués de part et d’autre du conduit de circulation pour générer les réactions électrochimiques nécessaires à une étape de déprotection d’une synthèse enzymatique ; [fig 8] schematically illustrates a circulation conduit in which different arrangements of electrodes and their electrical supply are represented to illustrate the potential differences which can be applied on either side of the circulation conduit to generate the electrochemical reactions necessary for a deprotection step of an enzymatic synthesis;

[fig 9] illustre schématiquement une deuxième paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sur laquelle sont représentés plusieurs agencements possibles d’électrodes additionnelles, avec soit des contre-électrodes seules, soit des électrodes de référence seules, soit des combinaisons de contre-électrodes et d’électrodes de référence ; [fig 9] schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which several possible arrangements of electrodes are represented. additional, with either counter electrodes alone, or reference electrodes alone, or combinations of counter electrodes and reference electrodes;

[fîg 10] illustre schématiquement une première paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sont représentés plusieurs agencements possibles d’un réseau d’électrodes, avec des électrodes de travail qui sont soit seules, soit en combinaison avec des contre- électrodes ou des électrodes de référence ; [fig. 10] schematically illustrates a first wall of an electrochemical device according to the invention; several possible arrangements of an electrode network are shown, with working electrodes which are either alone or in combination with counter-electrodes or reference electrodes;

[fîg 11] illustre schématiquement une deuxième paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sur laquelle une électrode additionnelle sous forme de grille est représentée ; [fig. 11] schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which an additional electrode in the form of a grid is represented;

[fîg 12] illustre schématiquement une deuxième paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sur laquelle une électrode additionnelle sous forme de spirale est représentée ; [fig. 12] schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which an additional electrode in the form of a spiral is represented;

[fîg 13] illustre schématiquement une deuxième paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sur laquelle plusieurs types d’agencements d’électrodes additionnelles sont représentés à titre d’exemple ; [fig. 13] schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which several types of arrangements of additional electrodes are represented by way of example;

[fîg 14] illustre schématiquement une paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sur laquelle deux types d’électrodes d’un réseau d’électrodes sont représentés, un premier type d’électrodes sous forme annulaire et un deuxième type d’électrode sous forme de grille, [fig. 14] schematically illustrates a wall of an electrochemical device according to the invention on which two types of electrodes of an electrode network are represented, a first type of electrodes in annular form and a second type of electrode in grid form,

[fîg 15] illustre schématiquement deux conduits de circulation d’un dispositif électrochimique selon un mode de réalisation avec une membrane semi-perméable, avec une première paroi délimitant le conduit de circulation qui comporte des électrodes de travail, ces électrodes présentant une forme annulaire, et avec une deuxième paroi opposée qui comporte des électrodes de référence pour le premier conduit et des contres électrodes pour le deuxième conduit, [fig. 15] schematically illustrates two circulation conduits of an electrochemical device according to an embodiment with a semi-permeable membrane, with a first wall delimiting the circulation conduit which comprises working electrodes, these electrodes having an annular shape, and with a second opposite wall which comprises reference electrodes for the first conduit and counter electrodes for the second conduit,

[fîg 16] illustre schématiquement un système de l’art antérieur utilisant deux électrodes annulaires concentriques en platine, l’électrode externe étant la contre électrode de référence et l’électrode interne l’électrode de travail, [fig. 16] schematically illustrates a prior art system using two concentric annular platinum electrodes, the external electrode being the reference counter electrode and the internal electrode the working electrode,

[fig 17] illustre schématiquement un autre système de l’art antérieur utilisant les mêmes électrodes que le système de la figure 16 mais dont le rôle des électrodes est inversé ; ainsi, la contre électrode de référence est l’électrode interne et l’électrode de travail est l’électrode externe, [fig 17] schematically illustrates another prior art system using the same electrodes as the system of figure 16 but with the role of the electrodes reversed; thus, the reference counter electrode is the internal electrode and the working electrode is the external electrode,

[fîg 18] illustre un troisième système de l’art antérieur utilisant la même configuration que le système de la figure 17 avec en plus une électrode de référence en platine à distance et en amont des électrodes de travail, ainsi dans ce système la contre électrode ne fait pas office d’électrode de référence, [fig. 18] illustrates a third prior art system using the same configuration as the system of figure 17 with in addition a platinum reference electrode at a distance and upstream of the working electrodes, thus in this system the counter electrode does not act as a reference electrode,

[fîg 19] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 16, [fig. 19] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 16,

[fîg 20] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 17, [fig. 20] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 17,

[fîg 21] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 19, [fig. 21] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 19,

[fîg 22] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 7 où l’électrode additionnelle est en ITO, [fig. 22] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 7 where the additional electrode is made of ITO,

[fîg 23] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 6 où l’électrode additionnelle est en ITO, [fig. 23] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 6 where the additional electrode is made of ITO,

[fîg 24] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 7 où l’électrode additionnelle est en or, [fig. 24] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 7 where the additional electrode is gold,

[fîg 25] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 6 où l’électrode additionnelle est en or, [fig. 25] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 6 where the additional electrode is gold,

[fîg 26] montre une courbe de voltammétrie cyclique enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 7 où l’électrode additionnelle est en platine, il s’avère que cette courbe est identique à celle enregistrée au niveau d’une électrode de travail du système de la figure 6 où l’électrode additionnelle est en platine, c’est pourquoi une seule courbe est montrée ici afin d’éviter les redondances. [fig. 26] shows a cyclic voltammetry curve recorded at a working electrode of the system of figure 7 where the additional electrode is made of platinum, it turns out that this curve is identical to that recorded at a working electrode of the system of figure 6 where the additional electrode is made of platinum, which is why only one curve is shown here in order to avoid redundancies.

Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention. Description détaillée It should first be noted that while the figures set out the invention in detail for its implementation, these figures can of course be used to better define the invention, where appropriate. It should also be noted that these figures only set out examples of embodiments of the invention. Detailed description

Les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique. The features, variants and different embodiments of the invention may be combined with each other, in various combinations, to the extent that they are not incompatible or mutually exclusive. In particular, variants of the invention may be imagined comprising only a selection of features described below in isolation from the other features described, if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the art.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.In the figures, elements common to several figures retain the same reference.

Pour rappel, l’invention vise à protéger un dispositif électrochimique comportant un ensemble d’électrodes tel que des électrodes sont agencés de part et d’autre d’un conduit de circulation d’une solution électrolytique, c’est-à-dire sur des parois disposées en opposition pour délimiter le conduit. Ce dispositif électrochimique est utilisé dans le cadre d’une synthèse enzymatique de polynucléotides et plus particulièrement pour une étape de déprotection électrochimique qui s’inscrit dans un procédé de synthèse enzymatique tel qu’illustré de manière schématique sur la figure 1. As a reminder, the invention aims to protect an electrochemical device comprising a set of electrodes such that electrodes are arranged on either side of a conduit for circulating an electrolytic solution, i.e. on walls arranged in opposition to delimit the conduit. This electrochemical device is used in the context of an enzymatic synthesis of polynucleotides and more particularly for an electrochemical deprotection step which is part of an enzymatic synthesis process as illustrated schematically in FIG. 1.

Un cycle du procédé de synthèse enzymatique 100, conduisant à l'addition d'un nucléotide à un fragment de polynucléotides, comprend deux étapes successives, correspondant respectivement à une étape d'élongation 101 et à une étape de déprotection 102. En résumé, au cours de l'étape d'élongation, on ajoute un nucléotide comprenant un groupe protecteur à un initiateur ou à un fragment de polynucléotides déjà en cours de formation. Ensuite, le groupe protecteur peut être retiré de ce nucléotide nouvellement ajouté, au cours de l’étape de déprotection, afin de pouvoir effectuer des cycles supplémentaires sur ce même fragment de polynucléotides. A cycle of the enzymatic synthesis method 100, leading to the addition of a nucleotide to a polynucleotide fragment, comprises two successive steps, corresponding respectively to an elongation step 101 and to a deprotection step 102. In summary, during the elongation step, a nucleotide comprising a protective group is added to an initiator or to a polynucleotide fragment already in the process of being formed. Then, the protective group can be removed from this newly added nucleotide, during the deprotection step, in order to be able to carry out additional cycles on this same polynucleotide fragment.

A l’origine du procédé, des fragments initiateurs sont fournis attachés à un support solide. Ces fragments initiateurs, qui ont des groupes 3'-hydroxyle libres déprotégés, sont disposés respectivement dans un des sites de réaction formés sur le support solide, ou plaque de support. En d’autres termes, chaque site de réaction formé sur la plaque de de support est apte à être porteur d’un fragment initiateur de polynucléotide. Tel qu'il est utilisé ici, un "fragment initiateur" se réfère généralement à une courte séquence oligonucléotidique avec une extrémité 3' libre, qui peut être encore allongée par une polymérase sans matrice, telle qu’une polymérase TdT. Dans un mode de réalisation, le fragment initiateur est un fragment initiateur d'ADN. Dans un autre mode de réalisation, le fragment initiateur est un fragment initiateur d'ARN. Dans certains modes de réalisation, un fragment initiateur possède entre 3 et 100 nucléotides, en particulier entre 3 et 20 nucléotides. Dans certains modes de réalisation, le fragment initiateur est monocaténaire. Dans d'autres modes de réalisation, le fragment initiateur est bicaténaire. Dans certains modes de réalisation, un fragment initiateur peut comprendre un composé d'acide non nucléique ayant un hydroxyle libre auquel une polymérase TdT peut coupler un nucléotide dNTP protégé en 3'-O, par exemple Baiga, publications de brevets américains US2019/0078065 et US2019/0078126. In the method, initiator moieties are provided attached to a solid support. These initiator moieties, which have deprotected free 3'-hydroxyl groups, are respectively arranged in one of the reaction sites formed on the solid support, or support plate. In other words, each reaction site formed on the support plate is capable of carrying a polynucleotide initiator moiety. As used herein, an "initiator moiety" generally refers to a short oligonucleotide sequence with a free 3' end, which can be further elongated by a template-free polymerase, such as a TdT polymerase. In one embodiment, the Initiator fragment is a DNA initiator fragment. In another embodiment, the initiator fragment is an RNA initiator fragment. In some embodiments, an initiator fragment has between 3 and 100 nucleotides, particularly between 3 and 20 nucleotides. In some embodiments, the initiator fragment is single-stranded. In other embodiments, the initiator fragment is double-stranded. In some embodiments, an initiator fragment may comprise a non-nucleic acid compound having a free hydroxyl to which a TdT polymerase can couple a 3'-O protected dNTP nucleotide, e.g., Baiga, U.S. Patent Publications US2019/0078065 and US2019/0078126.

Préalablement à l’étape d’élongation 101, on considère des polynucléotides à traiter 103, que ce soient les fragments initiateurs ou les fragments initiateurs allongés dans un précédent cycle, et on détermine si un nucléotide, et quel type de nucléotide, doit être ajouté au polynucléotide à traiter. Prior to the elongation step 101, polynucleotides to be treated 103 are considered, whether they are the initiator fragments or the initiator fragments elongated in a previous cycle, and it is determined whether a nucleotide, and what type of nucleotide, must be added to the polynucleotide to be treated.

Plus particulièrement, au cours de l’étape d’élongation 101, on ajoute au polynucléotide à traiter un nucléotide dNTP protégée en 3'-O et une polymérase sans matrice, telle qu'une polymérase TdT ou une variante de celle-ci, dans des conditions efficaces pour l'incorporation enzymatique du nucléotide protégé sur l'extrémité 3' des fragments initiateurs précédemment évoqués. Cette réaction produit dans les sites de réaction ciblés des fragments initiateurs allongés, dont les 3'-hydroxyles sont protégés, 104. More particularly, during the elongation step 101, a 3'-O protected dNTP nucleotide and a template-free polymerase, such as a TdT polymerase or a variant thereof, are added to the polynucleotide to be treated under conditions effective for the enzymatic incorporation of the protected nucleotide onto the 3' end of the previously discussed initiator fragments. This reaction produces in the targeted reaction sites elongated initiator fragments, the 3'-hydroxyls of which are protected, 104.

On réalise alors une étape de vérification 106 pour savoir si les fragments de polynucléotide, notamment d’ARN ou d’ADN, présents dans chacun des sites de réaction sont complets, c’est-à-dire s’ils respectent la longueur souhaitée. Si dans un site de réaction, le fragment initiateur allongé contient une séquence complète, alors la séquence désirée peut être clivée du fragment initiateur original. Une telle opération de clivage 108 peut être effectuée en utilisant l'une quelconque d'une variété de techniques de clivage, par exemple en insérant un nucléotide clivable à un emplacement prédéterminé dans le fragment initiateur original. A verification step 106 is then carried out to determine whether the polynucleotide fragments, in particular RNA or DNA, present in each of the reaction sites are complete, i.e. whether they respect the desired length. If in a reaction site, the elongated initiator fragment contains a complete sequence, then the desired sequence can be cleaved from the original initiator fragment. Such a cleavage operation 108 can be carried out using any of a variety of cleavage techniques, for example by inserting a cleavable nucleotide at a predetermined location in the original initiator fragment.

Si dans un site de réaction, le fragment initiateur allongé ne contient pas une séquence complète, alors le groupe de protection du dernier nucléotide ajouté est retiré au cours d’une étape de déprotection 102. Les fragments initiateurs allongés déprotégés, avec un 3'-hydroxyle libre, forment des polynucléotides à traiter 103 destinés à connaître au moins une autre étape d’élongation 101. Les groupes de protection sont des groupes électrochimiquement labiles. En d’autres termes, la déprotection est accomplie en changeant les conditions électrochimiques au voisinage du groupe de protection, ce qui entraîne la séparation de ces groupes, tout comme cela peut être le cas dans l’opération de clivage. Un exemple de tels groups de protection est un groupe amino, i.e. la déprotection convertit un groupe — O— NH2 en — OH. If in a reaction site, the elongated initiator fragment does not contain a complete sequence, then the protection group of the last added nucleotide is removed during a deprotection step 102. The deprotected elongated initiator fragments, with a free 3'-hydroxyl, form polynucleotides to be treated 103 intended to undergo at least one further elongation step 101. Protecting groups are electrochemically labile groups. In other words, deprotection is accomplished by changing the electrochemical conditions in the vicinity of the protecting group, which results in the separation of these groups, just as can be the case in the cleavage operation. An example of such protecting groups is an amino group, i.e. deprotection converts an —O—NH2 group to —OH.

Dans l’invention, ces modifications des conditions électrochimiques sont provoquées par la modification ou l'application d'un potentiel électrique qui ont pour effet par exemple de générer une augmentation ou une diminution du pH d’une solution électrolytique. Dans certains modes de réalisation, les groupes électrochimiquement labiles comprennent, par exemple, des groupes de protection sensibles au pH qui sont clivés chaque fois que le pH est modifié à une valeur prédéterminée. Dans d'autres modes de réalisation, les groupes électrochimiquement labiles comprennent des groupes de protection qui sont clivés directement chaque fois que les conditions de réduction ou d'oxydation sont modifiées, par exemple, en augmentant ou en diminuant une différence de tension au niveau du site du groupe de protection. In the invention, these changes in electrochemical conditions are caused by changing or applying an electrical potential that has the effect of, for example, generating an increase or decrease in the pH of an electrolytic solution. In some embodiments, the electrochemically labile groups comprise, for example, pH-sensitive protecting groups that are cleaved whenever the pH is changed to a predetermined value. In other embodiments, the electrochemically labile groups comprise protecting groups that are cleaved directly whenever the reducing or oxidizing conditions are changed, for example, by increasing or decreasing a voltage difference at the site of the protecting group.

La modification de pH de la solution électrolytique peut avoir lieu via une réaction redox impliquant une ou plusieurs molécules électrochimiquement actives présentes dans la solution électrolytique. Par exemple, la solution électrolytique peut comprendre une ou plusieurs espèces redox tels que les quinones (Voir Thomas Finley, “Quinones,” Kirk- Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1-35 (2005)). Le couple benzoquinone/hydroxyquinone ainsi que leurs dérivés sont notamment utilisés pour produire des gradients de protons à la surface d’une électrode The pH change of the electrolytic solution may occur via a redox reaction involving one or more electrochemically active molecules present in the electrolytic solution. For example, the electrolytic solution may include one or more redox species such as quinones (See Thomas Finley, “Quinones,” Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1-35 (2005)). The benzoquinone/hydroxyquinone pair and their derivatives are notably used to produce proton gradients at the surface of an electrode

Il convient de comprendre que le procédé de synthèse enzymatique a été décrit succinctement et qu’il n’est pas limité à ces étapes d’élongation, de déprotection et de clivage, sans que cela soit essentiel pour la compréhension de la description qui va suivre. Ainsi, le procédé de synthèse enzymatique peut également comprendre une ou plusieurs étapes de coiffage ainsi que des étapes de lavage après l'étape d’élongation et/ ou après l'étape de déprotection. It should be understood that the enzymatic synthesis process has been described briefly and is not limited to these elongation, deprotection and cleavage steps, although this is not essential for understanding the description that follows. Thus, the enzymatic synthesis process may also comprise one or more capping steps as well as washing steps after the elongation step and/or after the deprotection step.

Le dispositif électrochimique 1 selon l’invention permet notamment la mise en œuvre de l’étape de déprotection 102. Tel qu’illustré sur la figure 2, le dispositif électrochimique 1 selon l’invention comporte un ensemble d’électrodes 2 configuré de telle sorte que des électrodes sont disposées de part et d’autre d’un conduit de circulation 4 configuré notamment pour la circulation d’une solution électrolytique selon la flèche F. The electrochemical device 1 according to the invention notably allows the implementation of the deprotection step 102. As illustrated in Figure 2, the electrochemical device 1 according to the invention comprises a set of electrodes 2 configured such that electrodes are arranged on either side of a circulation conduit 4 configured in particular for the circulation of an electrolytic solution according to arrow F.

Le conduit de circulation 4 est délimité par différentes parois de manière à générer une section de passage fermée apte à la circulation de la solution électrolytique, ces différentes parois comprenant notamment une première paroi 6 et une deuxième paroi 7 disposées en opposition, et visible sur la figure 2. The circulation conduit 4 is delimited by different walls so as to generate a closed passage section suitable for the circulation of the electrolytic solution, these different walls comprising in particular a first wall 6 and a second wall 7 arranged in opposition, and visible in figure 2.

La première paroi 6 est en partie formée par une plaque de support 8 sur laquelle sont fixés des fragments initiateurs, ou polynucléotides à traiter 103 tel qu’évoqués précédemment, qui sont allongés cycle après cycle par l’ajout de nucléotides successifs, cet ajout étant rendu possible par une opération préalable de déprotection étant mise en œuvre de manière efficace par le dispositif électrochimique 1 de l’invention et sa disposition particulière de l’ensemble d’électrodes 2. The first wall 6 is partly formed by a support plate 8 on which are fixed initiator fragments, or polynucleotides to be treated 103 as mentioned above, which are extended cycle after cycle by the addition of successive nucleotides, this addition being made possible by a prior deprotection operation being implemented efficiently by the electrochemical device 1 of the invention and its particular arrangement of the set of electrodes 2.

La plaque de support 8 peut consister en une plaque de verre, ou en une carte de circuit imprimé, avec au moins un élément semi-conducteur sur lequel est agencé un réseau d’électrodes 10 ou de microélectrodes. La description qui va suivre va être effectuée en considérant une technologie d’élément semi-conducteur de type puce CMOS, mais il convient de noter que d’autres technologies peuvent être considérées sans sortir du contexte de l’invention dès lors qu’elles permettent d’intégrer un réseau d’électrodes 10 ou de microélectrodes, apte à interagir avec des électrodes additionnelles disposées à distance telles qu’elles vont être décrites ci- après. A titre d’exemple non limitatif, la présente invention pourrait être mise en œuvre avec un système dit SPE dans lequel des anneaux en platine sont directement soudés à un réseau de câbles situé à l’intérieur de la puce et directement connecté à des câbles électriques reliés à un potentiostat. Deux anneaux en platine concentriques forment un ensemble au sein duquel une électrode de travail est formée par l’un des anneaux, par exemple l’anneau de plus petit diamètre, l’autre anneau formant à la fois une contre-électrode et une électrode référence polarisée.The support plate 8 may consist of a glass plate, or a printed circuit board, with at least one semiconductor element on which an array of electrodes 10 or microelectrodes is arranged. The description that follows will be carried out by considering a CMOS chip type semiconductor element technology, but it should be noted that other technologies can be considered without departing from the context of the invention as long as they make it possible to integrate an array of electrodes 10 or microelectrodes, capable of interacting with additional electrodes arranged at a distance as they will be described below. As a non-limiting example, the present invention could be implemented with a so-called SPE system in which platinum rings are directly welded to a network of cables located inside the chip and directly connected to electrical cables linked to a potentiostat. Two concentric platinum rings form an assembly in which a working electrode is formed by one of the rings, for example the ring of smaller diameter, the other ring forming both a counter electrode and a polarized reference electrode.

Selon l’invention, le réseau d’électrodes 10 est disposé sur la plaque de support 8 formant partie de la première paroi 6, et au moins une électrode additionnelle 16, qui sera décrit plus en détails ci- après, est présente sur la deuxième paroi 7 opposée à la première paroi 6. Plus particulièrement, le réseau d’électrodes 10 est disposé sur l’élément semi-conducteur de la plaque de support, avec la possibilité de disposer une multitude d’électrodes avec un pas réduit entre elles, pour permettre une synthèse enzymatique à grande échelle. Dans ce contexte, les électrodes du réseau d’électrodes, comme c’est également le cas des électrodes additionnelles qui vont être évoquées ci- après, peuvent présenter des dimensions en centimètres, millimètres, ou en micron. On pourrait également envisager que les électrodes du réseau d’électrodes, ou réseau de microélectrodes tel qu’il pourra également être appelé dans cette description, présentent des dimensions nanométriques.According to the invention, the electrode network 10 is arranged on the support plate 8 forming part of the first wall 6, and at least one additional electrode 16, which will be described in more detail below, is present on the second wall 7 opposite the first wall 6. More particularly, the electrode array 10 is arranged on the semiconductor element of the support plate, with the possibility of arranging a multitude of electrodes with a reduced pitch between them, to allow large-scale enzymatic synthesis. In this context, the electrodes of the electrode array, as is also the case for the additional electrodes which will be mentioned below, can have dimensions in centimeters, millimeters, or microns. It could also be envisaged that the electrodes of the electrode array, or microelectrode array as it may also be called in this description, have nanometric dimensions.

Le réseau d’électrodes 10 est agencé sur la plaque de support 8 de manière à ce que les électrodes puissent être exposées à la solution électrolytique circulant dans le conduit de circulation 4 et être la base d’une réaction d’oxydoréduction par exemple. The electrode array 10 is arranged on the support plate 8 in such a way that the electrodes can be exposed to the electrolytic solution circulating in the circulation conduit 4 and be the basis of an oxidation-reduction reaction for example.

Le réseau d’électrodes 10 comporte au moins une électrode de travail 12 sur chacun des sites de réaction disposés sur la plaque de support 8. En d’autres termes, une opération de synthèse enzymatique mettant en œuvre le dispositif électrochimique de l’invention commence par une étape d’association au cours de laquelle chaque site de réaction d’une plaque de support est opérationnellement associé à une électrode, et notamment une électrode de travail, du réseau d’électrodes. The electrode network 10 comprises at least one working electrode 12 on each of the reaction sites arranged on the support plate 8. In other words, an enzymatic synthesis operation implementing the electrochemical device of the invention begins with an association step during which each reaction site of a support plate is operationally associated with an electrode, and in particular a working electrode, of the electrode network.

Un module de contrôle 14, représenté schématiquement sur la figure 2 à distance de la première paroi mais qui pourrait y être logé sans sortir du contexte de l’invention, est associé au réseau d’électrodes 10 pour contrôler l’alimentation sélective des électrodes de travail 12 associées à chacun des sites de réaction. A control module 14, shown schematically in FIG. 2 at a distance from the first wall but which could be housed there without departing from the context of the invention, is associated with the electrode network 10 to control the selective supply of the working electrodes 12 associated with each of the reaction sites.

Dans un mode de réalisation qui est notamment illustré sur la figure 3, deux électrodes de travail 121, 122 sont disposées concentriquement pour chaque pixel 81, c’est-à-dire pour chaque site de réaction sur la plaque de support 8. Les différents transistors de type MOSFET, p-type et n-type, embarqués sur la puce CMOS 84 participant à former cette plaque de support 8, permettent d'attribuer des valeurs positives en courant à chaque anneau de plus petit diamètre et des valeurs négatives en courant à chaque anneau de plus grand diamètre, étant entendu que la déprotection électrochimique peut être mise en œuvre selon l'invention avec des valeurs inversées, c’est-à-dire avec des valeurs négatives en courant à chaque anneau de plus petit diamètre et des valeurs positives en courant à chaque anneau de plus grand diamètre. Il est notamment intéressant dans ce contexte que l’anneau formant l’électrode de travail externe, c’est-à-dire l’électrode de travail qui entoure l’autre, soit l’électrode qui fonctionne en cathode. Sur le pixel 81 formant un site de réaction, les électrodes de travail peuvent être associées à des capteurs 83 permettant de mesurer et contrôler le déroulement de la réaction électrochimique. In an embodiment which is illustrated in particular in FIG. 3, two working electrodes 121, 122 are arranged concentrically for each pixel 81, i.e. for each reaction site on the support plate 8. The various MOSFET transistors, p-type and n-type, embedded on the CMOS chip 84 participating in forming this support plate 8, make it possible to assign positive current values to each smaller diameter ring and negative current values to each larger diameter ring, it being understood that the electrochemical deprotection can be implemented according to the invention with inverted values, i.e. with negative current values to each smaller diameter ring and positive current values to each larger diameter ring. It is particularly interesting in this context that the ring forming the external working electrode, i.e. the working electrode which surrounds the other, is the electrode which functions as a cathode. On pixel 81 forming a site reaction, the working electrodes can be associated with sensors 83 allowing the progress of the electrochemical reaction to be measured and controlled.

Le courant induit par le module de contrôle 14 est couplé avec l'électrochimie, c’est-à-dire avec la solution électrolytique circulant dans le conduit de circulation 4, pour générer localement des protons afin de diminuer le pH et générer le clivage des terminaisons des fragments de polynucléotides présents dans les sites de réaction. The current induced by the control module 14 is coupled with electrochemistry, that is to say with the electrolytic solution circulating in the circulation conduit 4, to locally generate protons in order to reduce the pH and generate the cleavage of the ends of the polynucleotide fragments present in the reaction sites.

La ou les électrodes additionnelles 16 précédemment évoquées, qui sont dites additionnelles dans la mesure où elles ne sont pas disposées sur le semi-conducteur formant la première paroi 6, peuvent être aussi bien, selon les caractéristiques de l’ensemble d’électrodes 2 du dispositif électrochimique 1, une contre électrode 18 et/ou une électrode de référence 20. The additional electrode(s) 16 previously mentioned, which are said to be additional insofar as they are not arranged on the semiconductor forming the first wall 6, may also be, depending on the characteristics of the set of electrodes 2 of the electrochemical device 1, a counter electrode 18 and/or a reference electrode 20.

La ou les électrodes additionnelles 16 peuvent être constituée d’un matériau inerte, comme le platine, l’or ou l’oxyde d’indium étain (ITO). L’or a pour avantages d’être plus facile et moins cher à fabriquer que le platine et présente une conductivité élevée de qui permet la diminution de l’épaisseur tout en conservant le même niveau de contrôle. En outre, en diminuant l’épaisseur, le matériau devient semi-transparent ce qui rend des applications optiques envisageables. L’ITO a pour avantage d’être transparent ce qui est utile lorsque l’on souhaite combiner une stimulation/ activation ou une analyse électrique avec une stimulation/ activation ou une analyse optique. The additional electrode(s) 16 may be made of an inert material, such as platinum, gold, or indium tin oxide (ITO). Gold has the advantages of being easier and less expensive to manufacture than platinum and has a high conductivity which allows the thickness to be reduced while maintaining the same level of control. In addition, by reducing the thickness, the material becomes semi-transparent which makes optical applications possible. ITO has the advantage of being transparent which is useful when one wishes to combine electrical stimulation/activation or analysis with optical stimulation/activation or analysis.

Une contre-électrode 18, également appelée électrode auxiliaire, est une électrode utilisée pour fermer le circuit de courant dans la cellule électrochimique, en complément d’une électrode de travail. Elle est généralement constituée d'un matériau inerte, par exemple en Platine (Pt), or (Au), Cuivre (Cu), Nickel (Ni), Cobalt (Co), Mercure (Hg), Oxyde d'indium-étain (Indium tin oxide - ITO), Oxyde d'indium-étain dopé au fluor (Fluorine doped tin oxide -FTO), graphite ou carbone vitreux, et elle n’est pas alimentée spécifiquement en courant par le module de contrôle 14. Le courant circule ainsi entre l’électrode de travail 12 et la contre-électrode 18, notamment via la solution électrolytique présente dans le conduit de circulation 4, et la surface totale de la contre-électrode 18 est généralement plus grande que la surface de l’électrode de travail 12 afin de ne pas être un facteur limitant dans la cinétique du processus électrochimique. Dans un dispositif électrochimique à deux électrodes, l’électrode de travail 12 et la contre-électrode 18 forment les deux types d’électrodes utilisées. A titre d’exemple, le dispositif électrochimique illustré schématiquement sur la figure 2 est un dispositif électrochimique à deux électrodes et l’électrode additionnelle est formée par une contre électrode 18, le réseau d’électrodes 10 étant uniquement constitué d’électrodes de travail 12. A counter electrode 18, also called an auxiliary electrode, is an electrode used to close the current circuit in the electrochemical cell, in addition to a working electrode. It is generally made of an inert material, for example platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), mercury (Hg), indium tin oxide (ITO), fluorine doped indium tin oxide (FTO), graphite or glassy carbon, and it is not specifically supplied with current by the control module 14. The current thus flows between the working electrode 12 and the counter electrode 18, in particular via the electrolytic solution present in the circulation conduit 4, and the total surface area of the counter electrode 18 is generally larger than the surface area of the working electrode 12 so as not to be a limiting factor in the kinetics of the electrochemical process. In a two-electrode electrochemical device, the working electrode 12 and the counter electrode 18 form the two types of electrodes used. As an example, the electrochemical device schematically illustrated in Figure 2 is an electrochemical device with two electrodes and the additional electrode is formed by a counter electrode 18, the electrode network 10 being made up only of working electrodes 12.

Dans un dispositif électrochimique à trois électrodes, tel qu’il peut être par exemple représenté schématiquement sur la figure 6, une électrode de référence 20 est prévue comme étant une électrode avec un potentiel électrique stable et bien connu et elle est utilisée comme point de référence dans la cellule électrochimique pour le contrôle et la mesure du potentiel. Dans ces exemples, la contre-électrode 18 présente une forme équivalente à celle de l’électrode de travail 12 correspondante, ici une forme annulaire, en présentant un diamètre plus important que celui de l’électrode de travail 12 et en entourant l’électrode de travail correspondante. In a three-electrode electrochemical device, such as can be schematically shown in FIG. 6, for example, a reference electrode 20 is provided as an electrode with a stable and well-known electrical potential and is used as a reference point in the electrochemical cell for controlling and measuring the potential. In these examples, the counter electrode 18 has a shape equivalent to that of the corresponding working electrode 12, here an annular shape, by having a larger diameter than that of the working electrode 12 and by surrounding the corresponding working electrode.

Notamment, il peut être prévu que l'électrode de référence soit polarisée, c’est-à-dire que son potentiel varie, ou un courant la traverse, pendant la réaction électrochimique. De la sorte, le raccordement à la carte mère n'est pas un raccordement à la terre parfait. Les valeurs de potentiels mesurées ne sont pas absolues et évoluent selon la taille des électrodes, la conductivité de la solution et/ ou les concentrations des espèces pendant la stimulation. In particular, it can be expected that the reference electrode is polarized, i.e. its potential varies, or a current flows through it, during the electrochemical reaction. As a result, the connection to the motherboard is not a perfect ground connection. The measured potential values are not absolute and change depending on the size of the electrodes, the conductivity of the solution and/or the concentrations of the species during stimulation.

Le module de contrôle 14 est configuré pour compenser ces déficits, par exemple en distribuant à la surface de la contre-électrode la valeur de courant inverse d'une valeur de courant imposée ou mesurée aux électrodes de référence. A titre d'exemple, l'électrode de référence et la contre électrode peuvent être constamment polarisées à +/- 1,4V de façon à pouvoir compenser les courants appliqués aux électrodes de travail sur la CMOS et conserver son potentiel interne à la même valeur pendant toute la synthèse. De la sorte, l'électrode de référence peut ici adopter les propriétés électriques d'une électrode de référence non polarisée, tout en jouant le rôle de contre électrode à la surface de laquelle sont générés des espèces tout au long de la déprotection. On parle dans ce cas de contre- électrode de référence 18, 20 du fait qu'elle joue les deux rôles. The control module 14 is configured to compensate for these deficits, for example by distributing to the surface of the counter electrode the inverse current value of a current value imposed or measured at the reference electrodes. For example, the reference electrode and the counter electrode can be constantly polarized at +/- 1.4 V so as to be able to compensate for the currents applied to the working electrodes on the CMOS and maintain its internal potential at the same value throughout the synthesis. In this way, the reference electrode can here adopt the electrical properties of a non-polarized reference electrode, while playing the role of counter electrode on the surface of which species are generated throughout the deprotection. In this case, we speak of a reference counter electrode 18, 20 because it plays both roles.

En rapport avec ce qui précède, quel que soit le mode de réalisation, le module de contrôle 14 reçoit une information relative à la localisation des sites de réaction dans lesquelles il convient, pour une étape de déprotection donnée, de réaliser la déprotection du fragment de polynucléotides en cours de formation dans ces sites de réaction, et le module de contrôle 14 génère en conséquence une instruction d’alimentation électrique de la ou des électrodes de travail 12 disposée(s) dans lesdits sites de réaction. Et tel qu’évoqué, une contre-électrode de référence peut être constamment polarisée à une valeur, ici à 1,4V, permettant de compenser les courants appliqués aux électrodes de travail et de garder un potentiel interne constant. In connection with the above, regardless of the embodiment, the control module 14 receives information relating to the location of the reaction sites in which it is appropriate, for a given deprotection step, to carry out the deprotection of the polynucleotide fragment being formed in these reaction sites, and the control module 14 consequently generates an instruction for electrical supply of the working electrode(s) 12 arranged in said reaction sites. And as mentioned, a reference counter-electrode can be constantly polarized at a value, here at 1.4V, allowing to compensate the currents applied to the working electrodes and to keep a constant internal potential.

On distingue l'électrode de travail 12 dans l’ensemble d’électrodes 2 du dispositif électrochimique 1 comme étant l'électrode sur laquelle la réaction d'intérêt se produit. Les électrodes de travail 12 courantes peuvent être constituées de différents matériaux parmi lesquels, sans que cette liste soit exhaustive, l’or (Au), l’argent (Ag), le platine (Pt). L'électrode de travail peut comprendre un revêtement pour fixer des molécules et notamment celles constituant les fragments initiateurs précédemment évoqués. The working electrode 12 is distinguished in the electrode assembly 2 of the electrochemical device 1 as being the electrode on which the reaction of interest occurs. Common working electrodes 12 may be made of different materials including, but not limited to, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt). The working electrode may comprise a coating for fixing molecules and in particular those constituting the initiator fragments previously mentioned.

Tel qu’évoqué précédemment, la plaque de support 8 participe à délimiter un conduit de circulation 4 de sorte que la puce CMOS 84 et le réseau d’électrodes 10 qu’elle porte soit disposée sur la première paroi 6, au contact d’une solution électrolytique amené à circuler dans le conduit de circulation 4. As mentioned previously, the support plate 8 participates in delimiting a circulation conduit 4 so that the CMOS chip 84 and the electrode network 10 that it carries are arranged on the first wall 6, in contact with an electrolytic solution caused to circulate in the circulation conduit 4.

Outre le réseau d’électrodes 10 disposé sur la première paroi 6, et ce quel que soit le type de semi-conducteur utilisé, l’ensemble d’électrodes 2 du dispositif électrochimique 1 selon l’invention comporte donc au moins une électrode additionnelle 16 qui est disposée sur une deuxième paroi 7 qui est distincte de la première paroi, et qui est ici plus particulièrement à l’opposé du réseau d’électrodes. De la sorte, le réseau d’électrodes 10 d’une part et la ou les électrodes additionnelles 16 d’autre part sont disposés de part et d’autre du conduit de circulation 4. In addition to the electrode array 10 arranged on the first wall 6, and regardless of the type of semiconductor used, the set of electrodes 2 of the electrochemical device 1 according to the invention therefore comprises at least one additional electrode 16 which is arranged on a second wall 7 which is distinct from the first wall, and which is here more particularly opposite the electrode array. In this way, the electrode array 10 on the one hand and the additional electrode(s) 16 on the other hand are arranged on either side of the circulation conduit 4.

Dans ce premier exemple de dispositif électrochimique, l’électrode additionnelle est raccordée électriquement à la puce CMOS, et le raccordement électrique de cette électrode additionnelle à la carte mère se fait via la puce CMOS. In this first example of an electrochemical device, the additional electrode is electrically connected to the CMOS chip, and the electrical connection of this additional electrode to the motherboard is made via the CMOS chip.

Différents agencements du réseau d’électrodes et de la ou des électrodes additionnelles vont être décrits maintenant. Ces agencements vont être décrits en relation avec la configuration illustrée sur la figure 5, avec deux parois en opposition parmi lesquelles la première paroi 6 définie au moins en partie par la plaque de support 8 et la deuxième paroi 7, et avec les électrodes de travail qui sont disposées sur la première paroi 6 et la ou les électrodes additionnelles 16, que ce soit une contre-électrode et/ ou une électrode de référence, qui sont disposées sur la deuxième paroi 7 opposée. De la sorte, des lignes de champs 17 s’étendent perpendiculairement au trajet de solution électrolytique. Various arrangements of the electrode array and the additional electrode(s) will now be described. These arrangements will be described in relation to the configuration illustrated in FIG. 5, with two opposing walls including the first wall 6 defined at least in part by the support plate 8 and the second wall 7, and with the working electrodes which are arranged on the first wall 6 and the additional electrode(s) 16, whether a counter electrode and/or a reference electrode, which are arranged on the second opposite wall 7. In this way, field lines 17 extend perpendicular to the electrolytic solution path.

Dans un premier exemple illustré sur la figure 6, le réseau d’électrodes 10 présent sur la première paroi 6 comporte des électrodes de travail 12, ici au nombre de neuf étant entendu que ceci peut ne pas être représentatif du nombre total d’électrodes notamment dans le cas d’un réseau de microélectrodes, et des contre-électrodes 18 qui sont disposées respectivement autour de l’une des électrodes de travail 12. Dans cet exemple, chaque électrode du réseau d’électrodes 10 est annulaire et une électrode de travail 12 et une contre-électrode 18 forment un sous-ensemble 19 d’électrodes annulaires concentriques, avec la contre-électrode qui entoure l’électrode de travail. Dans cet exemple, l’électrode de travail 12 est alimentée électriquement de manière à fonctionner en anode, et la contre- électrode 18 forme une cathode, mais il convient de noter que cela pourrait être l’inverse, si l’on souhaite mettre en œuvre une déprotection qui implique de réduire des espèces, avec l’électrode de travail 12 qui est alimentée électriquement de manière à fonctionner en cathode et la contre-électrode 18 qui forme une anode. In a first example illustrated in FIG. 6, the electrode network 10 present on the first wall 6 comprises working electrodes 12, here nine in number, being understood that this may not be representative of the total number of electrodes especially in the case of a microelectrode array, and counter electrodes 18 which are respectively arranged around one of the working electrodes 12. In this example, each electrode of the electrode array 10 is annular and a working electrode 12 and a counter electrode 18 form a subset 19 of concentric annular electrodes, with the counter electrode surrounding the working electrode. In this example, the working electrode 12 is electrically powered so as to operate as an anode, and the counter electrode 18 forms a cathode, but it should be noted that this could be the reverse, if one wishes to implement a deprotection which involves reducing species, with the working electrode 12 being electrically powered so as to operate as a cathode and the counter electrode 18 forming an anode.

Dans cet exemple, la ou les électrodes additionnelles 16 sont des électrodes de référence 20 et elles forment ici une matrice, sur une paroi à distance de la puce CMOS sur laquelle le réseau d’électrodes 10 est disposé. Conformément à ce qui a pu être évoqué précédemment, les électrodes de référence sont avantageusement raccordées à la carte mère, indépendamment du réseau d’électrodes 10, étant entendu qu’un raccordement sur la puce CMOS serait envisageable. In this example, the additional electrode(s) 16 are reference electrodes 20 and they form a matrix here, on a wall at a distance from the CMOS chip on which the electrode array 10 is arranged. In accordance with what has been mentioned previously, the reference electrodes are advantageously connected to the motherboard, independently of the electrode array 10, it being understood that a connection to the CMOS chip would be possible.

Dans un deuxième exemple illustré sur les figures 7A, 7B et 7C, le réseau d’électrodes 10 présent sur la première paroi 6 diffère ce qui vient d’être décrit en ce que les sous- ensembles 19, là encore au nombre de neuf à titre d’exemple, sont formés par des couples d’électrodes de travail, avec une première électrode de travail 121 et une deuxième électrode de travail 122, concentriques. Dans cet exemple, là encore, chaque électrode du réseau d’électrodes 10 est annulaire. Conformément à ce qui a été décrit en référence à la figure 3, chaque sous-ensemble 19, qui correspond à un site de réaction, peut être configuré de telle sorte que la première électrode de travail 121 est alimentée électriquement de manière à fonctionner en tant qu’anode, et que la deuxième électrode de travail 122 est alimentée électriquement de manière à fonctionner en tant que cathode.In a second example illustrated in FIGS. 7A, 7B and 7C, the electrode array 10 present on the first wall 6 differs from what has just been described in that the subassemblies 19, again nine in number by way of example, are formed by pairs of working electrodes, with a first working electrode 121 and a second working electrode 122, concentric. In this example, again, each electrode of the electrode array 10 is annular. In accordance with what has been described with reference to FIG. 3, each subassembly 19, which corresponds to a reaction site, can be configured such that the first working electrode 121 is electrically powered so as to function as an anode, and that the second working electrode 122 is electrically powered so as to function as a cathode.

Dans un exemple particulier, illustré sur la Figure 7B la ou les électrodes additionnelles 16 sont des électrodes de référence 20 et elles forment ici une matrice, sur une paroi à distance de la puce CMOS sur laquelle le réseau d’électrodes 10 est disposé. Conformément à ce qui a pu être évoqué précédemment, les électrodes de référence sont avantageusement raccordées à la carte mère, indépendamment du réseau d’électrodes 10, étant entendu qu’un raccordement sur la puce CMOS serait envisageable. Dans un autre exemple particulier, illustré sur la Figure 7C, la ou les électrodes additionnelles 16 fonctionnent comme des contre-électrodes 18. In a particular example, illustrated in Figure 7B, the additional electrode(s) 16 are reference electrodes 20 and they form here a matrix, on a wall at a distance from the CMOS chip on which the electrode array 10 is arranged. In accordance with what has been mentioned previously, the reference electrodes are advantageously connected to the motherboard, independently of the electrode array 10, it being understood that a connection to the CMOS chip would be possible. In another particular example, illustrated in Figure 7C, the additional electrode(s) 16 function as counter electrodes 18.

Les électrodes du réseau d’électrodes 10 et l’au moins une électrode additionnelle 16 peuvent être fabriquées par différents process et par exemple par pulvérisation, électrodéposition, photopatterning, sans que cette liste soit exhaustive. The electrodes of the electrode network 10 and the at least one additional electrode 16 can be manufactured by different processes and for example by spraying, electrodeposition, photopatterning, without this list being exhaustive.

Sans sortir du contexte de l’invention, les différentes électrodes disposées sur des parois opposées du conduit de circulation de la solution électrolytique peuvent être transparentes ou opaques. Without departing from the context of the invention, the different electrodes arranged on opposite walls of the electrolytic solution circulation conduit may be transparent or opaque.

Tel qu’il vient d’être présenté, l’ensemble d’électrodes 2 au sens de l’invention est configuré de sorte que l’activation de l’une ou de plusieurs des électrodes de travail présentes dans le réseau d’électrodes 10, par l’intermédiaire du module de contrôle 14, permet de mettre en œuvre des réactions électrochimiques par exemple pour générer des modifications locales de PH de sorte à réaliser des opérations de déprotection d’extrémité libres de fragments de polynucléotides ou bien des opérations de clivage de fragments de polynucléotide pour les désolidariser de leur site de réaction. As just presented, the set of electrodes 2 within the meaning of the invention is configured so that the activation of one or more of the working electrodes present in the electrode network 10, via the control module 14, makes it possible to implement electrochemical reactions, for example to generate local modifications of PH so as to carry out operations of deprotection of free ends of polynucleotide fragments or operations of cleavage of polynucleotide fragments to separate them from their reaction site.

La ou les électrodes additionnelles 16 situées à la surface opposée au réseau d’électrodes 10 utilisé pour la synthèse peuvent être utilisées pour modifier les champs électriques, mesurer le pH et fournir des ajustements de pH qui compensent tout changement dans les performances ou les conditions du réseau de microélectrodes. A cet effet, la ou les électrodes additionnelles 16 peuvent fonctionner indépendamment ou être utilisées en concertation avec des électrodes du réseau d’électrodes, ou encore fournir une boucle de rétroaction. The additional electrode(s) 16 located on the surface opposite the electrode array 10 used for synthesis may be used to modify electric fields, measure pH, and provide pH adjustments that compensate for any changes in the performance or conditions of the microelectrode array. For this purpose, the additional electrode(s) 16 may operate independently or be used in concert with electrodes in the electrode array, or provide a feedback loop.

Un agencement de l’ensemble d’électrodes 2 selon l’invention, avec un réseau d’électrodes 10 et au moins une électrode additionnelle 16 disposés de part et d’autre du conduit de circulation 4, peut permettre par ailleurs de former deux zones adressables de part et d’autre du conduit de circulation 4, et ceci peut être utilisé pour de nouvelles applications comme le contrôle du mouvement de l’ADN ou de l’ARN par exemple, pour l’assemblage de gènes, le sous-pooling ou le clivage de l’ADN ou de l’ARN. An arrangement of the set of electrodes 2 according to the invention, with an array of electrodes 10 and at least one additional electrode 16 arranged on either side of the circulation conduit 4, can also make it possible to form two addressable zones on either side of the circulation conduit 4, and this can be used for new applications such as controlling the movement of DNA or RNA for example, for gene assembly, sub-pooling or cleavage of DNA or RNA.

Dans ces configurations, les électrodes additionnelles peuvent être reliées électriquement au réseau de microélectrodes ou bien être raccordées de manière indépendante du réseau de microélectrodes tel que cela est illustré sur la figure 4. La configuration de la figure 4, à raccordement indépendant, est ainsi moins pratique à mettre en œuvre puisque d’une part le câble lié à la contre électrode de référence présente sur la deuxième paroi 7 doit être soudé à la carte mère, et d’autre part un fil de platine doit être introduit dans la partie fluidique sans provoquer de fuites. Toutefois ces inconvénients peuvent être jugés comme mineurs au regard des avantages d’avoir une ou plusieurs contre-électrode(s) de référence à distance de la puce CMOS et raccordée(s) indépendamment, puisque cela permet notamment d’avoir une plus grande liberté au niveau de la conception et de placer cette ou ces contre-électrode(s) de référence où l’on veut, aussi bien sur une paroi en opposition de la puce CMOS, formant un plafond du conduit de circulation de la solution électrolytique, ou bien sur une paroi latérale adjacente de la première paroi portant la puce CMOS. De plus, une telle configuration avec une ou plusieurs électrodes additionnelles disposées à distance des électrodes de travail présentes sur la puce CMOS permet d’isoler les espèces formées à la surface de ces électrodes additionnelles en les maintenant à une distance jugée suffisante et/ ou en utilisant une membrane. Enfin, ceci permet de simplifier le design de la puce CMOS et donc son coût, puisqu’il ne faut tenir compte ici que du raccordement des électrodes de travail, et ceci permet d’ajouter plus de sites de réaction sur la puce CMOS avec cet espace laissé libre par le déport des contre-électrodes de référence. In these configurations, the additional electrodes may be electrically connected to the microelectrode array or may be connected independently of the microelectrode array as illustrated in Figure 4. The configuration of Figure 4, with independent connection, is thus less practical to implement since on the one hand the cable linked to the reference counter electrode present on the second wall 7 must be soldered to the motherboard, and on the other hand a platinum wire must be introduced into the fluidic part without causing leaks. However, these drawbacks can be considered minor compared to the advantages of having one or more reference counter electrode(s) at a distance from the CMOS chip and connected independently, since this allows in particular to have greater freedom at the design level and to place this or these reference counter electrode(s) where desired, either on a wall opposite the CMOS chip, forming a ceiling of the electrolytic solution circulation conduit, or on an adjacent side wall of the first wall carrying the CMOS chip. In addition, such a configuration with one or more additional electrodes arranged at a distance from the working electrodes present on the CMOS chip makes it possible to isolate the species formed on the surface of these additional electrodes by keeping them at a distance deemed sufficient and/or by using a membrane. Finally, this makes it possible to simplify the design of the CMOS chip and therefore its cost, since only the connection of the working electrodes must be taken into account here, and this makes it possible to add more reaction sites on the CMOS chip with this space left free by the offset of the reference counter-electrodes.

La figure 8 illustre différentes configurations de l’ensemble d’électrodes dont l’alimentation est pilotée par le module de contrôle. Ce pilotage s'effectue à distance à l'aide d'un potentiostat ou d'un générateur électrique. Dans le cas particulier d'un réseau d’électrodes monté sur un composant CMOS, un système de porte logique est prévu entre le générateur ou potentiostat et le composant CMOS de façon à pouvoir appliquer des valeurs de courant ou potentiel que l'on veut sur les sites de réaction que l’on souhaite. Si cette valeur distribuée est positive, on forme avec l’électrode de travail une anode telle que cela a pu être évoquée en référence à la figure 6 par exemple. Si cette valeur distribuée est au contraire négative, l’électrode de travail forme une anode. Figure 8 illustrates different configurations of the electrode assembly whose power supply is controlled by the control module. This control is carried out remotely using a potentiostat or an electric generator. In the particular case of an electrode array mounted on a CMOS component, a logic gate system is provided between the generator or potentiostat and the CMOS component so as to be able to apply desired current or potential values to the desired reaction sites. If this distributed value is positive, an anode is formed with the working electrode as was mentioned with reference to Figure 6 for example. If this distributed value is negative, the working electrode forms an anode.

Le module de contrôle peut ainsi générer et transmettre des instructions, via le CMOS et les portes logiques, qui sont différentes d’une électrode à l’autre. Ainsi, deux ou plusieurs électrodes de travail 12 peuvent être polarisées différemment, avec par exemple une première électrode de travail dont le potentiel est porté à +1V, une deuxième électrode de travail dont le potentiel est porté à -IV et une troisième électrode de travail dont le potentiel est laissé nul. Ainsi, une même électrode de travail peut selon les cas être configurée de manière à fonctionner en anode ou en cathode. Alternativement, on pourra prévoir que des électrodes de travail ont une configuration immuable et ne peuvent fonctionner qu’en anode ou qu’en cathode. The control module can thus generate and transmit instructions, via the CMOS and the logic gates, which are different from one electrode to another. Thus, two or more working electrodes 12 can be polarized differently, with for example a first working electrode whose potential is brought to +1V, a second working electrode whose potential is brought to -IV and a third working electrode whose potential is left zero. Thus, the same working electrode can, depending on the case, be configured to operate as an anode or a cathode. Alternatively, it may be provided that working electrodes have an immutable configuration and can only operate as an anode or a cathode.

La valeur du potentiel appliqué à une électrode de travail associée à un site de réaction est choisie en fonction de la solution électrolytique pour qu’une déprotection du fragment de polynucléotides, notamment d’ARN ou d’ADN, présent dans ce site de réaction ait lieu. L’alimentation de l’électrode de travail correspondante est telle que le courant présente une valeur supérieure à une valeur seuil correspondante donnée. A titre d’exemple, on applique sur des premières électrodes de travail un potentiel positif d’une valeur égale à IV, c’est-à-dire de l’ordre de +1V par rapport à l’électrode standard à hydrogène. Cette valeur est suffisante pour activer la production de protons grâce à la solution électrolytique utilisée et pour déprotéger les fragments de polynucléotides présents dans les sites de réaction qui comportent les premières électrodes de travail. The value of the potential applied to a working electrode associated with a reaction site is chosen according to the electrolytic solution so that a deprotection of the polynucleotide fragment, in particular RNA or DNA, present in this reaction site takes place. The power supply of the corresponding working electrode is such that the current has a value greater than a given corresponding threshold value. For example, a positive potential of a value equal to IV, i.e. of the order of +1V relative to the standard hydrogen electrode, is applied to first working electrodes. This value is sufficient to activate the production of protons thanks to the electrolytic solution used and to deprotect the polynucleotide fragments present in the reaction sites which comprise the first working electrodes.

Pour ce qui concerne les autres sites de réaction, où aucune action de déprotection ne doit être effectuée sur le fragment de polynucléotides présent car aucune action d’élongation n’est prévue dans l’immédiat, le module de contrôle peut ne pas envoyer d’instruction ou envoyer une instruction pour appliquer une valeur de potentiel précise qui est connu comme insuffisante pour activer la production de protons pour la solution électrolytique utilisée. Dans l’exemple évoqué précédemment, on peut appliquer sur des deuxièmes électrodes de travail un potentiel positif d’une valeur égale à 0.5V, cette valeur étant insuffisante pour produire assez de protons pour baisser le pH autour des sites. Les fragments de polynucléotides présents dans les sites de réaction associés à ces deuxièmes électrodes de travail ne sont ainsi pas déprotégés et ils ne peuvent pas être par conséquence élongés au cycle de synthèse enzymatique suivant. For other reaction sites, where no deprotection action is to be performed on the polynucleotide fragment present because no elongation action is planned immediately, the control module may not send an instruction or send an instruction to apply a specific potential value that is known to be insufficient to activate proton production for the electrolytic solution used. In the example mentioned above, a positive potential of a value equal to 0.5 V may be applied to second working electrodes, this value being insufficient to produce enough protons to lower the pH around the sites. The polynucleotide fragments present in the reaction sites associated with these second working electrodes are thus not deprotected and they cannot consequently be elongated in the following enzymatic synthesis cycle.

Tel que cela a été évoqué, le dispositif électrochimique 1 de l’invention est particulier en ce qu’il présente un réseau d’électrodes 10 formé sur une plaque de support 8, par exemple via des semi-conducteurs de type CMOS, et une ou plusieurs électrodes additionnelles 16 sur une paroi en opposition, pour former des lignes de champ 17, visibles sur les figures 6 à 8, s’étendant perpendiculairement au sens de circulation d’une solution électrolytique. As mentioned, the electrochemical device 1 of the invention is particular in that it has an array of electrodes 10 formed on a support plate 8, for example via CMOS type semiconductors, and one or more additional electrodes 16 on an opposing wall, to form field lines 17, visible in FIGS. 6 to 8, extending perpendicular to the direction of circulation of an electrolytic solution.

L’au moins une électrode additionnelle 16 peut être d’un type ou l’autre, complémentaire à une ou plusieurs des électrodes de travail disposées sur la plaque de support, et différents agencements de ces électrodes additionnelles 16 vont être décrits ci- après. Dans chacun des cas qui vont être détaillées ci- après, le fait d’avoir des électrodes disposées sur différentes parois délimitant le conduit de circulation 4 de la solution électrolytique permet de laisser plus de place aux électrodes de travail 12 sur la plaque de support 8 et par ailleurs d’avoir des lignes de champ 17 perpendiculaires à la direction du flux de la solution électrolytique, tel que cela est visible sur les figures 6 à 8. Bien entendu, ces cas ne doivent pas être considérés comme limitatif de l’invention dès lors que des électrodes de travail 12 sont disposées dans un réseau d’électrodes 10 d’un côté du conduit de circulation 4 et qu’une ou plusieurs électrodes additionnelles 16 sont disposées sur une paroi distincte, à distance des électrodes de travail, et par exemple en regard de l’autre côté du conduit de circulation 4. The at least one additional electrode 16 may be of one type or another, complementary to one or more of the working electrodes arranged on the support plate, and different arrangements of these additional electrodes 16 will be described below. In each of the cases which will be detailed below, the fact of having electrodes arranged on different walls delimiting the circulation conduit 4 of the electrolytic solution makes it possible to leave more space for the working electrodes 12 on the support plate 8 and moreover to have field lines 17 perpendicular to the direction of the flow of the electrolytic solution, as can be seen in FIGS. 6 to 8. Of course, these cases should not be considered as limiting the invention since working electrodes 12 are arranged in an array of electrodes 10 on one side of the circulation conduit 4 and one or more additional electrodes 16 are arranged on a separate wall, at a distance from the working electrodes, and for example opposite the other side of the circulation conduit 4.

L’agencement conforme à l’invention permet d'avoir sur la deuxième paroi à distance de la plaque de support 8 et notamment de la puce CMOS, et le cas échéant en opposition à la plaque de support, une contre-électrode de référence suffisamment grande pour compenser chacun des ensembles d'électrodes de travail présents sur la puce CMOS. Cet agencement permet aussi d'avoir une contre-électrode de référence qui est équidistante de chacun des ensembles d'électrodes de travail. Enfin, cela permet de maintenir à distance de la puce CMOS les espèces qui sont générées en surface de la contre-électrode de référence. The arrangement according to the invention makes it possible to have on the second wall at a distance from the support plate 8 and in particular from the CMOS chip, and where appropriate in opposition to the support plate, a reference counter-electrode large enough to compensate for each of the sets of working electrodes present on the CMOS chip. This arrangement also makes it possible to have a reference counter-electrode which is equidistant from each of the sets of working electrodes. Finally, this makes it possible to keep the species which are generated on the surface of the reference counter-electrode at a distance from the CMOS chip.

Tel que cela a été évoqué précédemment, la figure 6 illustre une électrode additionnelle formée par une contre électrode unique, sous forme de plaque. Cette figure 6 illustre aussi bien la possibilité d’avoir un agencement avec des électrodes de travail sur la première paroi 6 et une ou plusieurs contre-électrodes sur la deuxième paroi 7, que la possibilité d’avoir une électrode additionnelle 16 unique, sous forme d’une plaque s’étendant sur une dimension sensiblement égale à celle du réseau d’électrodes 10. Il convient de comprendre que ces deux caractéristiques pourraient être mises en œuvre indépendamment l’une de l’autre. As previously mentioned, FIG. 6 illustrates an additional electrode formed by a single counter electrode, in the form of a plate. This FIG. 6 illustrates both the possibility of having an arrangement with working electrodes on the first wall 6 and one or more counter electrodes on the second wall 7, and the possibility of having a single additional electrode 16, in the form of a plate extending over a dimension substantially equal to that of the electrode array 10. It should be understood that these two characteristics could be implemented independently of each other.

Tel que cela a été évoqué précédemment, la figure 7 illustre une électrode additionnelle 16 formée par des contre-électrodes de référence 18, 20 agencés en matrice et un réseau d’électrodes 10 formés de sous-ensembles 19 formés de deux électrodes de travail 12 concentriques. Cette figure illustre aussi bien la possibilité d’avoir un agencement avec des sous-ensembles 19 d’électrodes de travail 12 sur la première paroi 6 et des contre- électrodes de référence 18, 20 spécifiquement agencées sur la deuxième paroi 7 en regard de chaque sous-ensemble 19, que la possibilité d’avoir des électrodes additionnelles sous forme d’un agencement matriciel s’étendant sur une dimension sensiblement égale à celle du réseau d’électrodes 10. As previously mentioned, FIG. 7 illustrates an additional electrode 16 formed by reference counter-electrodes 18, 20 arranged in a matrix and an electrode network 10 formed by subassemblies 19 formed by two concentric working electrodes 12. This figure also illustrates the possibility of having an arrangement with subassemblies 19 of working electrodes 12 on the first wall 6 and reference counter-electrodes 18, 20 specifically arranged on the second wall 7 opposite of each subassembly 19, that the possibility of having additional electrodes in the form of a matrix arrangement extending over a dimension substantially equal to that of the electrode network 10.

Bien entendu, d’autres agencements peuvent être mis en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, et les figures 10 et 11 visent à élargir le nombre d’exemples d’agencement pour généraliser sur le concept inventif de l’invention, à savoir avoir des électrodes d’un ensemble d’électrodes qui sont réparties sur des parois opposées d’un conduit de circulation traversé par une solution électrolytique. Of course, other arrangements can be implemented without departing from the context of the invention, and Figures 10 and 11 aim to expand the number of examples of arrangement to generalize on the inventive concept of the invention, namely having electrodes of a set of electrodes which are distributed on opposite walls of a circulation conduit crossed by an electrolytic solution.

La figure 9 illustre schématiquement une deuxième paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sur laquelle sont représentés plusieurs agencements possibles d’électrodes additionnelles. Il convient de comprendre que plusieurs agencements différents sont représentés sur une même paroi entrecoupée, mais que de manière pratique, on pourra choisir l’un ou l’autre des agencements pour le reproduire sur l’étendue de la deuxième paroi. Figure 9 schematically illustrates a second wall of an electrochemical device according to the invention on which several possible arrangements of additional electrodes are represented. It should be understood that several different arrangements are represented on the same intersected wall, but that in practice, one or other of the arrangements can be chosen to reproduce it over the extent of the second wall.

De gauche à droite sur cette figure 9, on peut ainsi identifier deux agencements avec des contre-électrodes 18 seules, deux agencements avec des contre-électrodes combinées avec des électrodes de référence, un agencement avec des électrodes de référence seule, et deux agencements avec des contre-électrodes combinées avec des électrodes de référence.From left to right in this figure 9, we can thus identify two arrangements with counter-electrodes 18 alone, two arrangements with counter-electrodes combined with reference electrodes, an arrangement with reference electrodes alone, and two arrangements with counter-electrodes combined with reference electrodes.

Les deux agencements avec les contre-électrodes 18 seules différent l’un de l’autre par la taille des contre-électrodes qui peuvent notamment être dépendantes de la taille des électrodes de travail 12. The two arrangements with the counter electrodes 18 alone differ from each other by the size of the counter electrodes which can in particular be dependent on the size of the working electrodes 12.

Les deux agencements des contre-électrodes 18 combinées avec des électrodes de référence 20 présentent une similitude avec un type d’électrode qui est entouré par l’autre type d’électrode, les agencements différant l’un de l’autre par le type d’électrode qui est entourée. Both arrangements of counter electrodes 18 combined with reference electrodes 20 have a similarity with one type of electrode being surrounded by the other type of electrode, the arrangements differing from each other in the type of electrode being surrounded.

L’agencement avec des électrodes de référence seules est illustré comme pour les autres agencements avec des électrodes de forme annulaire, sans que cela soit limitatif de l’invention ni pour cet agencement ni pour les autres représentés sur la figure 9. The arrangement with reference electrodes alone is illustrated as for the other arrangements with ring-shaped electrodes, without this being limiting of the invention either for this arrangement or for the others shown in Figure 9.

Enfin, les deux agencements des contre-électrodes 18 combinées avec des électrodes de référence 20, avec ces électrodes de deux types qui sont concentriques en formant des sous-ensembles 21, diffèrent l’un de l’autre en ce que dans un agencement les sous- ensembles 21 sont formés par une électrode de référence 20 qui entoure une contre- électrode 18 tandis que dans l’autre agencement les sous-ensembles 21 sont formés par une contre-électrode 18 qui entoure une électrode de référence 20. Finally, the two arrangements of the counter electrodes 18 combined with reference electrodes 20, with these electrodes of two types which are concentric forming sub-assemblies 21, differ from each other in that in one arrangement the sub-assemblies 21 are formed by a reference electrode 20 which surrounds a counter electrode 20. electrode 18 while in the other arrangement the subassemblies 21 are formed by a counter electrode 18 which surrounds a reference electrode 20.

Tel que cela a été évoqué, les électrodes additionnelles 16 présentent toutes ici une forme annulaire mais elles pourraient toutes, ou certaines, prendre une autre forme sans sortir du contexte de l’invention, et par exemple une forme carrée, circulaire, rectangulaire, ou de ligne droite. el que cela a été évoqué précédemment, chaque électrode additionnelle peut également jouer le rôle de contre électrode, à la surface de laquelle des espèces se déposent, et d’électrode de référence, avec une polarisation poussée à une valeur permettant de compenser les courants appliqués aux électrodes de travail tout en conservant un potentiel interne stable. As mentioned, the additional electrodes 16 all have an annular shape here, but they could all, or some, take another shape without departing from the context of the invention, for example a square, circular, rectangular, or straight line shape. As mentioned previously, each additional electrode can also play the role of counter electrode, on the surface of which species are deposited, and of reference electrode, with a polarization pushed to a value making it possible to compensate for the currents applied to the working electrodes while maintaining a stable internal potential.

La figure 10 illustre schématiquement une première paroi d’un dispositif électrochimique selon l’invention sont représentés plusieurs agencements possibles d’électrodes de travail 12 d’un réseau d’électrodes 10, seules ou en combinaison avec des électrodes d’un autre type. Comme précédemment, il convient de comprendre que plusieurs agencements différents sont représentés sur une même paroi entrecoupée, mais que de manière pratique, on pourra choisir l’un ou l’autre des agencements pour le reproduire sur l’étendue de la première paroi. Figure 10 schematically illustrates a first wall of an electrochemical device according to the invention. Several possible arrangements of working electrodes 12 of an electrode array 10 are shown, alone or in combination with electrodes of another type. As previously, it should be understood that several different arrangements are shown on the same intersected wall, but that in practice, one or other of the arrangements can be chosen to reproduce it over the extent of the first wall.

De gauche à droite sur cette figure 10, on peut ainsi identifier trois agencements avec des électrodes de travail 12 seules, trois agencements avec des électrodes de travail 12 combinées avec une ou plusieurs électrodes de référence 20, et deux agencements avec des électrodes de travail agencées concentriquement. From left to right in this figure 10, we can thus identify three arrangements with working electrodes 12 alone, three arrangements with working electrodes 12 combined with one or more reference electrodes 20, and two arrangements with working electrodes arranged concentrically.

Les trois agencements avec les électrodes de travail 12 seules différent l’un de l’autre soit par la position des électrodes, avec un agencement dans lequel une zone centrale est libre et dépourvue d’électrode de travail, soit par la connexion électrique des électrodes via les CMOS et les portes logiques, le troisième agencement comportant des premières électrodes de travail 121 et des deuxièmes électrodes de travail 122 qui sont susceptibles d’être alimentées par des potentiels électriques différents. The three arrangements with the working electrodes 12 alone differ from each other either by the position of the electrodes, with an arrangement in which a central area is free and devoid of working electrode, or by the electrical connection of the electrodes via the CMOS and the logic gates, the third arrangement comprising first working electrodes 121 and second working electrodes 122 which are capable of being supplied by different electrical potentials.

La zone centrale sans électrode peut notamment être utilisée comme point de repère pour aligner les détecteurs d’appareil de détection optique, du type microscope ou spectrophotomètre à balayage, sans que cette liste soit limitative. Les deux agencements des électrodes de travail 12 avec une ou plusieurs électrodes de référence 20 diffèrent dans le nombre d’électrodes de chaque type, avec à chaque fois une électrode de référence unique dans une position centrale, et avec là encore un deuxième agencement comportant des premières électrodes de travail 121 et des deuxièmes électrodes de travail 122 qui sont susceptibles d’être alimentées par des potentiels électriques différents. The central electrode-free area can in particular be used as a reference point for aligning the detectors of optical detection devices, such as microscopes or scanning spectrophotometers, without this list being exhaustive. The two arrangements of working electrodes 12 with one or more reference electrodes 20 differ in the number of electrodes of each type, with each time a single reference electrode in a central position, and with again a second arrangement comprising first working electrodes 121 and second working electrodes 122 which are capable of being supplied by different electrical potentials.

Il est à noter que dans ces deux agencements, l’électrode de référence est plus grande que chacune des électrodes de travail 12 prises respectivement. Ceci peut permettre de s’assurer que la surface des contre électrodes 18, formant les électrodes additionnelles 16 présentes sur la deuxième paroi 7 opposée à la première paroi, est supérieure à la surface des électrodes de travail pour avoir un contrôle électrochimique des réactions. It should be noted that in these two arrangements, the reference electrode is larger than each of the working electrodes 12 taken respectively. This can make it possible to ensure that the surface area of the counter electrodes 18, forming the additional electrodes 16 present on the second wall 7 opposite the first wall, is greater than the surface area of the working electrodes in order to have electrochemical control of the reactions.

L’agencement avec des électrodes de référence et des électrodes de travail concentriques est ici particulier en ce que les électrodes de référence 20 entourent respectivement l’électrode de travail 12. The arrangement with concentric reference electrodes and working electrodes is special here in that the reference electrodes 20 respectively surround the working electrode 12.

Enfin, les deux agencements des électrodes de travail disposées concentriquement diffèrent dans la position des premières électrodes de travail 121 par rapport aux deuxièmes électrodes de travail 121. Dans le premier agencement, les sous-ensembles sont agencés en alternance avec un sous-ensemble dans lequel la première électrode de travail 121 entoure la deuxième électrode de travail 122 qui est entouré de sous-ensembles dans lesquels la première électrode de travail 121 est entourée par la deuxième électrode de travail 122, et inversement. Dans le deuxième agencement, les sous-ensembles présentent tous la même configuration avec la première électrode de travail qui entoure la deuxième électrode de travail, et une deuxième électrode de travail est disposée seule entre les sous-ensembles. Finally, the two arrangements of the concentrically arranged working electrodes differ in the position of the first working electrodes 121 relative to the second working electrodes 121. In the first arrangement, the subassemblies are arranged alternately with a subassembly in which the first working electrode 121 surrounds the second working electrode 122 being surrounded by subassemblies in which the first working electrode 121 is surrounded by the second working electrode 122, and vice versa. In the second arrangement, the subassemblies all have the same configuration with the first working electrode surrounding the second working electrode, and a second working electrode is arranged alone between the subassemblies.

Tel que cela a été évoqué pour la deuxième paroi et les électrodes additionnelles 16, les électrodes du réseau d’électrodes 10 présentent toutes ici une forme annulaire mais elles pourraient toutes, ou certaines, prendre une autre forme sans sortir du contexte de l’invention, et par exemple une forme carrée, circulaire, rectangulaire, ou de ligne droite.As mentioned for the second wall and the additional electrodes 16, the electrodes of the electrode network 10 all have an annular shape here, but they could all, or some, take another shape without departing from the context of the invention, for example a square, circular, rectangular, or straight line shape.

Tel que cela a pu être évoqué en référence à la figure 2, l’électrode additionnelle peut être unique et s’étendre sur la deuxième paroi sur une étendue similaire à celle du réseau d’électrodes sur la première paroi. Dans cet exemple précédent, il a été mentionné que l’électrode additionnelle présente une forme de plaque, mais l’électrode additionnelle, qu’elle soit formée par une contre électrode ou une électrode de référence, peut présenter d’autres formes dans ce contexte. As may have been discussed with reference to FIG. 2, the additional electrode may be single and extend over the second wall over a similar extent to that of the electrode array on the first wall. In this previous example, it was mentioned that the additional electrode has a plate shape, but the additional electrode, whether formed by a counter electrode or a reference electrode, may have other forms in this context.

La figure 11 illustre une variante de réalisation dans laquelle l’électrode additionnelle 16 présente une forme de grille et la figure 12 illustre une variante de réalisation dans laquelle l’électrode additionnelle présente une forme de spirale Figure 11 illustrates an alternative embodiment in which the additional electrode 16 has a grid shape and Figure 12 illustrates an alternative embodiment in which the additional electrode has a spiral shape.

La figure 13 illustre une autre variante d’agencement d’électrodes, qui peut aussi bien être mise en œuvre au niveau de la première paroi dans le réseau d’électrodes qu’au niveau de la deuxième paroi, dès lors que deux types distincts d’électrodes sont prévus. Un premier type d’électrode, choisi parmi une électrode de référence 16, une contre-électrode 18 ou une électrode de travail 12, que ce soit par ailleurs une première électrode de travail 121 ou une deuxième électrode de travail 122, prend une forme circulaire et un deuxième type d’électrode, choisi parmi la même liste mais différent du premier type, prend une forme de grille. Figure 13 illustrates another electrode arrangement variant, which can be implemented both at the first wall in the electrode array and at the second wall, provided that two distinct types of electrodes are provided. A first type of electrode, selected from a reference electrode 16, a counter electrode 18 or a working electrode 12, whether it is also a first working electrode 121 or a second working electrode 122, takes a circular shape and a second type of electrode, selected from the same list but different from the first type, takes a grid shape.

Le fait d’utiliser une grille ou une spirale permet d’occuper la majeure partie de la deuxième paroi 7 opposée à la plaque support sans complication de fabrication, et permet ainsi d’optimiser la réalisation des réactions électrochimiques tout en réduisant les coûts de fabrication. Using a grid or a spiral makes it possible to occupy the majority of the second wall 7 opposite the support plate without manufacturing complications, and thus makes it possible to optimize the performance of electrochemical reactions while reducing manufacturing costs.

On va maintenant décrire des agencements particuliers de l’au moins une électrode additionnelle présente sur la deuxième paroi du conduit de circulation en opposition avec le réseau d’électrodes, ces agencements étant relatifs au niveau d’enfoncement de l’électrode additionnelle dans la deuxième paroi, notamment en référence à la figure 14.We will now describe particular arrangements of the at least one additional electrode present on the second wall of the circulation conduit in opposition to the network of electrodes, these arrangements relating to the level of insertion of the additional electrode into the second wall, in particular with reference to figure 14.

Comme pour les figures 10 et 11, il convient de comprendre que plusieurs agencements différents sont représentés sur une même deuxième paroi entrecoupée, mais que de manière pratique, on choisira l’un ou l’autre des agencements pour le reproduire sur l’étendue de la deuxième paroi. As with Figures 10 and 11, it should be understood that several different arrangements are shown on the same intersected second wall, but that in practical terms, one or other of the arrangements will be chosen to reproduce it over the extent of the second wall.

Chaque électrode additionnelle 16 peut être en saillie de la deuxième paroi 7. Each additional electrode 16 may protrude from the second wall 7.

Chaque électrode additionnelle 16 peut être encastrée dans la deuxième paroi, dans un puit 22 formé dans l’épaisseur de la deuxième paroi et dont la profondeur est telle que l’électrode additionnelle affleure la surface de la deuxième paroi 7 délimitant le conduit de circulation 4. Chaque électrode additionnelle 16 peut être encastrée dans la deuxième paroi 7, dans un puit 22 formé dans l’épaisseur de la deuxième paroi 7 et dont la profondeur est telle que l’électrode additionnelle est escamotée intégralement dans l’épaisseur de la deuxième paroi. Each additional electrode 16 can be embedded in the second wall, in a well 22 formed in the thickness of the second wall and the depth of which is such that the additional electrode is flush with the surface of the second wall 7 delimiting the circulation conduit 4. Each additional electrode 16 can be embedded in the second wall 7, in a well 22 formed in the thickness of the second wall 7 and the depth of which is such that the additional electrode is completely retracted into the thickness of the second wall.

Dans une variante illustrée sur la droite de la figure 14, les électrodes additionnelles peuvent prendre un agencement alterné avec, au moins pour une direction donnée, une électrode additionnelle sur deux qui est encastrée et l’autre électrode additionnelle qui est en saillie de la deuxième paroi. In a variant illustrated on the right of Figure 14, the additional electrodes can take an alternating arrangement with, at least for a given direction, one additional electrode out of two being embedded and the other additional electrode protruding from the second wall.

Tel que cela a été décrit, le conduit de circulation 4 est délimité par la première paroi 6 et la deuxième paroi 7 opposée, chacune étant équipé d’au moins une électrode de l’ensemble d’électrodes 2 du dispositif électrochimique 1. Le conduit de circulation 4 peut contenir une membrane semi-perméable 24, tel qu’illustré sur la figure 5, ou bien de manière alternative, tel qu’illustré schématiquement sur la figure 2 par exemple, ne contenir aucune membrane, et être uniquement configurée pour recevoir un flux de liquide, ou solution électrolytique, sans rien d’autre que du vide entre les électrodes en regard. Toutefois, et notamment dans une architecture du dispositif avec une contre électrode formée sur la paroi opposée à la plaque de support sur laquelle est disposée une ou plusieurs électrodes de travail, afin de s’assurer que les espèces générées en surface de la contre électrode n’atteignent pas la surface de la puce CMOS présente sur la plaque de support, il peut être nécessaire en l’absence d’une membrane séparatrice d’ion de prévoir une hauteur suffisante entre la plaque de support et la paroi opposée. As described, the circulation conduit 4 is delimited by the first wall 6 and the second opposite wall 7, each being equipped with at least one electrode of the electrode assembly 2 of the electrochemical device 1. The circulation conduit 4 may contain a semi-permeable membrane 24, as illustrated in FIG. 5, or alternatively, as schematically illustrated in FIG. 2 for example, contain no membrane, and be configured only to receive a flow of liquid, or electrolytic solution, with nothing other than a vacuum between the facing electrodes. However, and in particular in a device architecture with a counter electrode formed on the wall opposite the support plate on which one or more working electrodes are arranged, in order to ensure that the species generated on the surface of the counter electrode do not reach the surface of the CMOS chip present on the support plate, it may be necessary in the absence of an ion separating membrane to provide a sufficient height between the support plate and the opposite wall.

La figure 15 illustre un dispositif 1 avec deux conduits de circulation 4. Ces conduits ont deux parois en opposition parmi lesquelles la première paroi 6 définie au moins en partie par la plaque de support 8 et la deuxième paroi 7, et avec les électrodes de travail qui sont disposées sur la première paroi 6 et la ou les électrodes additionnelles 16, que ce soit une contre-électrode et/ ou une électrode de référence, qui sont disposées sur la deuxième paroi 7 opposée. Une membrane semi perméable 24 est aussi présente dans le conduit et permet de faire passer deux solutions électrolytiques différentes dans le conduit. Figure 15 illustrates a device 1 with two circulation conduits 4. These conduits have two opposing walls among which the first wall 6 defined at least in part by the support plate 8 and the second wall 7, and with the working electrodes which are arranged on the first wall 6 and the additional electrode(s) 16, whether a counter-electrode and/or a reference electrode, which are arranged on the second opposite wall 7. A semi-permeable membrane 24 is also present in the conduit and allows two different electrolytic solutions to pass through the conduit.

Le réseau d’électrodes 10 présent sur la première paroi 6 comporte des électrodes de travail 12, ici au nombre de neuf étant entendu que ceci peut ne pas être représentatif du nombre total d’électrodes notamment dans le cas d’un réseau de microélectrodes, et d’autres électrodes de travail 32 qui sont disposées respectivement autour de l’une des électrodes de travail 12. Dans cet exemple, chaque électrode du réseau d’électrodes 10 est annulaire et une électrode de travail 12 et une électrode de travail 32 forment un sous- ensemble 19 d’électrodes annulaires concentriques. Dans cet exemple, l’électrode de travail 12 est alimentée électriquement de manière à fonctionner en anode, et l’électrode de travail 32 forme une cathode ou une anode. The electrode network 10 present on the first wall 6 comprises working electrodes 12, here nine in number, it being understood that this may not be representative of the total number of electrodes, in particular in the case of a microelectrode network, and other working electrodes 32 which are arranged respectively around one of the working electrodes 12. In this example, each electrode of the electrode network 10 is annular and a working electrode 12 and a working electrode 32 form a subset 19 of concentric annular electrodes. In this example, the working electrode 12 is electrically energized so as to function as an anode, and the working electrode 32 forms a cathode or an anode.

Dans cet exemple, la ou les électrodes additionnelles 16 sont des électrodes de référence 20 ou des contre-électrodes 18 et elles forment ici une matrice, sur une paroi à distance de la puce CMOS sur laquelle le réseau d’électrodes 10 est disposé. Conformément à ce qui a pu être évoqué précédemment, les électrodes de référence et les contre-électrodes sont avantageusement raccordées à la carte mère, indépendamment du réseau d’électrodes 10, étant entendu qu’un raccordement sur la puce CMOS serait envisageable. In this example, the additional electrode(s) 16 are reference electrodes 20 or counter electrodes 18 and they form a matrix here, on a wall at a distance from the CMOS chip on which the electrode array 10 is arranged. In accordance with what has been mentioned previously, the reference electrodes and the counter electrodes are advantageously connected to the motherboard, independently of the electrode array 10, it being understood that a connection to the CMOS chip would be possible.

Il résulte de la description qui précède que l’invention, à travers tous les modes de réalisation présentés, répond bien au but qu’elle s’était fixé à savoir de fournir un dispositif électrochimique avec un ensemble d’électrodes dont l’agencement est différent de ce qui est connu et permet une implantation plus facile et une action électrochimique plus efficace. It follows from the foregoing description that the invention, through all the embodiments presented, meets the aim it had set for itself, namely to provide an electrochemical device with a set of electrodes whose arrangement is different from what is known and allows easier implantation and more effective electrochemical action.

Exemples Examples

Dans les exemples qui suivent, une solution comprenant un couple redox dérivé d’hydroquinone et de benzoquinone est utilisée pour étudier la réaction d’oxydo- réduction se produisant au niveau des électrodes de différents systèmes. Ces deux espèces forment un couple redox conventionnellement utilisé en électrochimie. In the following examples, a solution comprising a redox couple derived from hydroquinone and benzoquinone is used to study the oxidation-reduction reaction occurring at the electrodes of different systems. These two species form a redox couple conventionally used in electrochemistry.

Parmi les systèmes exemplifiés, il y a : Among the exemplified systems, there are:

Système A (figure 16) : un système de l’art antérieur utilisant deux électrodes annulaires concentriques en platine, l’électrode externe étant la contre-électrode de référence 18, 20 et l’électrode interne l’électrode de travail 12 ; System A (Figure 16): a prior art system using two concentric platinum annular electrodes, the outer electrode being the reference counter electrode 18, 20 and the inner electrode the working electrode 12;

Système B (figure 17) : un deuxième système de l’art antérieur utilisant les mêmes électrodes que le système A précédent mais dont le rôle des électrodes est inversé ; ainsi, la contre-électrode de référence 18, 20 est l’électrode interne et l’électrode de travail 12 est l’électrode externe ; System B (figure 17): a second prior art system using the same electrodes as the previous system A but with the role of the electrodes reversed; thus, the reference counter-electrode 18, 20 is the internal electrode and the working electrode 12 is the external electrode;

Système C (figure 18) : un troisième système de l’art antérieur utilisant la même configuration que le système B avec en outre une électrode de référence 20 en platine à distance et en amont des électrodes de travail 12, la contre-électrode 18 n’a donc pas le rôle de l’électrode de référence dans ce cas (par exemple celui décrit dans US 2022/ 403436 A) ; et System C (figure 18): a third prior art system using the same configuration as system B with in addition a platinum reference electrode 20 at a distance and upstream of the working electrodes 12, the counter electrode 18 therefore does not have the role of the reference electrode in this case (for example that described in US 2022/403436 A); and

Système D : un exemple de système selon la présente invention avec un réseau d’électrodes 10 composés de paires d’électrodes annulaires concentriques en platine (comme celui du système A, chaque paire constituant un pixel) et une électrode additionnelle 16 opposée au réseau d’électrodes 10 sous la forme d’une fine plaque (on parlera d’ « électrode au plafond »). System D: an exemplary system according to the present invention with an electrode array 10 composed of pairs of concentric annular platinum electrodes (like that of system A, each pair constituting a pixel) and an additional electrode 16 opposite the electrode array 10 in the form of a thin plate (we will speak of a “ceiling electrode”).

Le système D peut être connecté suivant deux configurations différentes : configuration dite « à deux électrodes » (figure 7) où les deux électrodes annulaires de chaque pixel sont des électrodes de travail 121, 122 et l’électrode au plafond est une contre-électrode de référence 18, 20 ; et configuration dite « à trois électrodes » (figure 6) où l’électrode annulaire interne de chaque pixel est une électrode de travail 12, l’électrode externe une contre- électrode 18 et l’électrode au plafond une électrode de référence 20. The system D can be connected in two different configurations: so-called “two-electrode” configuration (Figure 7) where the two annular electrodes of each pixel are working electrodes 121, 122 and the ceiling electrode is a reference counter-electrode 18, 20; and so-called “three-electrode” configuration (Figure 6) where the internal annular electrode of each pixel is a working electrode 12, the external electrode a counter-electrode 18 and the ceiling electrode a reference electrode 20.

Les figures 19 à 26 montrent des courbes de voltammétrie cyclique enregistrées au niveau d’une électrode de travail 12 des différents systèmes. Le potentiel appliqué à l’électrode de travail 12 est représenté en abscisse et le courant qui la traverse en ordonnée. Chaque voltamogramme est acquis en appliquant, à partir du potentiel en circuit ouvert OCP, un potentiel qui augmente progressivement jusqu’à ce qu’on observe un pic et de manière à le dépasser, puis le courant est diminué, repassant à l’OCP avant de prendre des valeurs négatives (partie gauche) et ce au-delà de l’observation d’un pic négatif. La valeur absolue en courant est alors diminuée jusqu’à repasser par l’OCP et au-delà. La forme du voltamogramme renseigne sur l’occurrence de réactions au niveau de l’électrode de travail 12. Ainsi, à chaque pic ou vague correspond une réaction qui se produit. Figures 19 to 26 show cyclic voltammetry curves recorded at a working electrode 12 of the different systems. The potential applied to the working electrode 12 is represented on the abscissa and the current flowing through it on the ordinate. Each voltammogram is acquired by applying, from the open-circuit potential OCP, a potential that increases progressively until a peak is observed and so as to exceed it, then the current is reduced, returning to the OCP before taking negative values (left part) and this beyond the observation of a negative peak. The absolute current value is then reduced until returning to the OCP and beyond. The shape of the voltammogram provides information on the occurrence of reactions at the working electrode 12. Thus, each peak or wave corresponds to a reaction that occurs.

Dans le présent cas, il est supposé l’utilisation un groupement protecteur labile se détachant dès lors qu’une valeur de pH suffisamment acide est atteinte. Ainsi, la solution injectée dans le conduit de circulation 4 est formulée de sorte à avoir un pH plus basique.In this case, it is assumed that a labile protective group is used, which is released when a sufficiently acidic pH value is reached. Thus, the solution injected into the circulation line 4 is formulated to have a more basic pH.

Ainsi, c’est la partie positive qui nous intéresse ici. Le pic observé correspond à une réaction d’oxydation qui provoque l’oxydation de l’hydroquinone conduisant à la libération de protons au niveau de l’électrode de travail 12. Ces protons vont alors réagir avec le groupement protecteur conduisant à la déprotection des fragments d’ADN. Plus l’amplitude du pic est élevé et plus la quantité de proton libérée est grande. La partie négative de la courbe donne une idée de ce qu’il se passe au niveau de la contre- électrode 18 ou de la contre-électrode de référence 18, 20. Dans le cadre de la mesure, lors de l’application d’un potentiel négatif pendant la deuxième partie de l’acquisition de la courbe, l’électrode de travail 12 joue en réalité le rôle de la contre-électrode 18, là où se produit la réaction de réduction de la benzoquinone. Ainsi, le pic observé correspond à cette réaction qui, dans le cas réel d’une étape de déprotection, a lieu au niveau de la contre-électrode 18. So, it is the positive part that interests us here. The observed peak corresponds to an oxidation reaction that causes the oxidation of the hydroquinone leading to the release of protons at the working electrode 12. These protons will then react with the protective group leading to the deprotection of the DNA fragments. The higher the amplitude of the peak, the greater the quantity of proton released. The negative part of the curve gives an idea of what is happening at the counter electrode 18 or the reference counter electrode 18, 20. In the measurement, when a negative potential is applied during the second part of the curve acquisition, the working electrode 12 actually plays the role of the counter electrode 18, where the benzoquinone reduction reaction occurs. Thus, the observed peak corresponds to this reaction which, in the real case of a deprotection step, takes place at the counter electrode 18.

La différence de potentiels entre les deux pics donne une indication de l’énergie nécessaire pour que la réaction d’oxydo-réduction se produise. The potential difference between the two peaks gives an indication of the energy required for the redox reaction to occur.

Plus particulièrement : la figure 19 montre une telle courbe pour le système A décrit ci-dessus ; la figure 20 pour le système B, la figure 21 pour le système C, la figure 22 pour le système D à deux électrodes dans lequel l’électrode au plafond est en ITO ; la figure 23 pour le système D à trois électrodes dans lequel l’électrode au plafond est en ITO ; la figure 24 pour le système D à deux électrodes dans lequel l’électrode au plafond est en or ; la figure 25 pour le système D à trois électrodes dans lequel l’électrode au plafond est en or ; et la figure 26 pour le système D à deux ou trois électrodes dans lequel l’électrode au plafond est en platine. More particularly: Figure 19 shows such a curve for system A described above; Figure 20 for system B, Figure 21 for system C, Figure 22 for two-electrode system D in which the ceiling electrode is ITO; Figure 23 for three-electrode system D in which the ceiling electrode is ITO; Figure 24 for two-electrode system D in which the ceiling electrode is gold; Figure 25 for three-electrode system D in which the ceiling electrode is gold; and Figure 26 for two- or three-electrode system D in which the ceiling electrode is platinum.

En comparaison à l’or, une épaisseur plus élevée de platine est utilisée dans cet exemple, ce qui permet de compenser une conductivité plus faible du platine. Compared to gold, a higher thickness of platinum is used in this example, which helps compensate for the lower conductivity of platinum.

Le tableau ci-dessous donne les coordonnées des points remarquables, i.e. les points correspondant au pic de l’oxydation et au pic de la réduction (les valeurs données sont approximatives) .

Figure imgf000038_0001
Figure imgf000039_0001
The table below gives the coordinates of the remarkable points, i.e. the points corresponding to the oxidation peak and the reduction peak (the values given are approximate).
Figure imgf000038_0001
Figure imgf000039_0001

Le tableau montre que les électrodes au plafond en or et en platine sont les moins consommatrices en énergie puisque la différence de potentiel entre les deux pics est pour ces cas inférieure à 1 V. Cela est également le cas pour le système C. Néanmoins, le tableau montre aussi que contrairement au système C qui requiert trois types différents d’électrodes, l’utilisation d’une électrode au plafond en or ou en platine permet d’obtenir les mêmes performances avec une configuration à 2 électrodes. Or, une configuration à 2 électrodes est plus simple à fabriquer compte tenu des connexions moins complexes.The table shows that the gold and platinum ceiling electrodes are the least energy-consuming since the potential difference between the two peaks is less than 1 V in these cases. This is also the case for system C. However, the table also shows that unlike system C which requires three different types of electrodes, using a gold or platinum ceiling electrode allows the same performance to be achieved with a 2-electrode configuration. However, a 2-electrode configuration is simpler to manufacture given the less complex connections.

Au sujet des figures 19 et 20, on observe une différence de courant importante à l’OCP (voir encadré E) entre le début et au moment du retour à ce potentiel lors de la voltammétrie. Cela traduit l’occurrence d’une réaction secondaire au niveau de l’électrode de travail 12. En conditions réelles de réalisation de la déprotection, cela signifie que cette réaction secondaire a lieu dans la gamme de potentiel utilisée. Or, le produit issu de cette réaction peut venir polluer la procédure d’oxydation en réagissant avec les réactifs, par exemple en réagissant avec les protons produits ; les protons ne sont alors plus disponibles pour réagir avec le groupement protecteur et les fragments ne pourront pas être élongués lors de l’étape ultérieure d’élongation. Cette réaction secondaire peut faire intervenir un processus radicalaire susceptible de dégrader l’électrode ou la solution, notamment l’ADN. Regarding figures 19 and 20, a significant current difference is observed at the OCP (see box E) between the start and the time of return to this potential during voltammetry. This reflects the occurrence of a secondary reaction at the working electrode 12. In real conditions for carrying out deprotection, this means that this secondary reaction takes place in the potential range used. However, the product resulting from this reaction can pollute the oxidation procedure by reacting with the reagents, for example by reacting with the protons produced; the protons are then no longer available to react with the protective group and the fragments cannot be elongated during the subsequent elongation step. This secondary reaction can involve a radical process likely to degrade the electrode or the solution, in particular the DNA.

En comparaison, les courbes des autres figures reviennent quasiment à 0 A au retour à l’OCP. Ainsi, en condition réelles de réalisation de la déprotection, la réaction secondaire ne se produit pas ou a très peu de chance de se produire au niveau de l’électrode de travail 12. Ainsi, la réaction d’oxydation souhaitée n’est pas polluée. Ceci permet un meilleur contrôle des réactions et par conséquent du procédé de synthèse d’oligonucléotides dont fait partie la déprotection. In comparison, the curves of the other figures return to almost 0 A upon returning to the OCP. Thus, in real conditions for carrying out deprotection, the secondary reaction does not occur or has very little chance of occurring at the working electrode 12. Thus, the desired oxidation reaction is not polluted. This allows better control of the reactions and consequently of the oligonucleotide synthesis process of which deprotection is a part.

Cela ne signifie cependant pas que la réaction secondaire n’a pas lieu dans tout le système. Au contraire, comme le montre les encadrés E des figures 21 à 25, on devine celle-ci du côté négatif de la courbe. Ainsi, cette réaction ne se produit pas au niveau de l’électrode de travail 12, mais plutôt de la contre-électrode 18 ou de la contre-électrode de référence 18, 20. This does not mean, however, that the secondary reaction does not take place throughout the system. On the contrary, as shown in boxes E of Figures 21 to 25, it can be guessed at on the negative side of the curve. Thus, this reaction does not occur at the electrode working electrode 12, but rather of the counter electrode 18 or of the reference counter electrode 18, 20.

Or, si la contre-électrode 18 ou la contre-électrode de référence 18, 20 est disposée en amont des électrodes de travail 12 dans le conduit de circulation 4, comme dans le système C, les espèces produites par la réaction secondaire peuvent polluer les électrodes de travail 12 en aval. However, if the counter electrode 18 or the reference counter electrode 18, 20 is arranged upstream of the working electrodes 12 in the circulation conduit 4, as in system C, the species produced by the secondary reaction can pollute the working electrodes 12 downstream.

Dans les conditions de réalisation de la déprotection, en ce qui concerne la configuration à deux électrodes de l’invention, cela signifie que la réaction a lieu au niveau de l’électrode au plafond 16. Dans ce cas, s’il y a un risque trop important pour que l’espèce produite par la réaction secondaire au niveau de l’électrode au plafond 16 ne migre vers les électrodes de travail 12 et en perturbe la réaction d’oxydation attendue à leur endroit, deux solutions sont possibles. Dans une première solution, la contre-électrode de référence 18, 20 peut être raccordée à la terre ce qui permet de ne pas polariser cette électrode. Un potentiel constant doit alors être appliqué à l’électrode de travail 12 et l’OCP peut être fixé par l’utilisateur pour éviter la réaction secondaire. Dans une deuxième solution, une membrane semi-perméable 24 dans le conduit de circulation 4 entre l’électrode au plafond 16 et les électrodes de travail 12 peut être prévue pour empêcher cette migration comme cela est représenté à la figure 15. Under the conditions for carrying out the deprotection, with regard to the two-electrode configuration of the invention, this means that the reaction takes place at the ceiling electrode 16. In this case, if there is too great a risk that the species produced by the secondary reaction at the ceiling electrode 16 will migrate to the working electrodes 12 and disrupt the oxidation reaction expected there, two solutions are possible. In a first solution, the reference counter-electrode 18, 20 can be connected to ground, which makes it possible not to polarize this electrode. A constant potential must then be applied to the working electrode 12 and the OCP can be set by the user to prevent the secondary reaction. In a second solution, a semi-permeable membrane 24 in the circulation conduit 4 between the ceiling electrode 16 and the working electrodes 12 can be provided to prevent this migration as shown in FIG. 15.

En revanche, la réaction secondaire semble avoir disparu pour le système de l’invention avec une électrode au plafond 16 en platine (voir encadré E). En effet, la vague observable dans les autres figures n’est pas identifiable dans la courbe de la figure 26.On the other hand, the secondary reaction seems to have disappeared for the system of the invention with a ceiling electrode 16 in platinum (see box E). Indeed, the wave observable in the other figures is not identifiable in the curve of figure 26.

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif électrochimique (1) pour synthèse enzymatique de polynucléotides, comprenant au moins un conduit de circulation (4) configuré pour recevoir une solution électrolytique, le conduit de circulation (4) étant délimité par une première paroi (6) et une deuxième paroi (7) distincte l’une de l’autre, la première paroi (6) formant une plaque de support (8) d’au moins un site de réaction configuré pour la synthèse enzymatique et apte à être porteur d’un fragment initiateur de polynucléotide, notamment d’ARN ou d’ADN, le conduit de circulation (4) étant équipé d’un ensemble d’électrodes (2) pilotés par un module de contrôle (14), l’ensemble d’électrodes (2) comportant au moins une électrode d’un réseau d’électrodes (10) formé sur la plaque de support (8) et opéra tionnellement associé aux sites de réaction, l’ensemble d’électrodes (2) comportant également au moins une électrode additionnelle (16) disposée sur la deuxième paroi (7) à distance de la plaque de support (8). 1. Electrochemical device (1) for enzymatic synthesis of polynucleotides, comprising at least one circulation conduit (4) configured to receive an electrolytic solution, the circulation conduit (4) being delimited by a first wall (6) and a second wall (7) distinct from each other, the first wall (6) forming a support plate (8) for at least one reaction site configured for enzymatic synthesis and capable of carrying an initiator fragment of polynucleotide, in particular RNA or DNA, the circulation conduit (4) being equipped with a set of electrodes (2) controlled by a control module (14), the set of electrodes (2) comprising at least one electrode of an electrode network (10) formed on the support plate (8) and operationally associated with the reaction sites, the set of electrodes (2) also comprising at least one additional electrode (16) arranged on the second wall (7) at a distance of the support plate (8). 2. Dispositif électrochimique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première paroi (6) et la deuxième paroi (7) sont opposées. 2. Electrochemical device (1) according to the preceding claim, in which the first wall (6) and the second wall (7) are opposite. 3. Dispositif électrochimique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première paroi (6) et la deuxième paroi (7) sont espacées d’une distance de 10 pm à 1 cm. 3. Electrochemical device (1) according to the preceding claim, in which the first wall (6) and the second wall (7) are spaced apart by a distance of 10 pm to 1 cm. 4. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un conduit de circulation (4) consiste en un conduit ou en deux conduits. 4. Electrochemical device (1) according to any one of the preceding claims, wherein said at least one circulation conduit (4) consists of one conduit or two conduits. 5. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque de support (8) est porteuse de plusieurs sites de réaction, chaque site de réaction étant opéra tionnellement associé à au moins une électrode du réseau d’électrodes (10). 5. Electrochemical device (1) according to any one of the preceding claims, in which the support plate (8) carries several reaction sites, each reaction site being operationally associated with at least one electrode of the electrode network (10). 6. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque de support (8) est configurée pour supporter au moins un semi-conducteur, le réseau d’électrodes (10) étant disposé sur ledit semi-conducteur. 6. Electrochemical device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the support plate (8) is configured to support at least one semiconductor, the electrode array (10) being arranged on said semiconductor. 7. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau d’électrodes (10) est configuré de manière à comporter au moins une électrode de travail (12) opéra tionnellement associée à un site de réaction et pilotée par le module de contrôle (14) pour former une anode ou une cathode susceptible de réaliser une opération d’oxydoréduction. 7. Electrochemical device (1) according to any one of the preceding claims, in which the electrode network (10) is configured so as to comprise at least one working electrode (12) operationally associated with a reaction site and controlled by the control module (14) to form an anode or a cathode capable of carrying out an oxidation-reduction operation. 8. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le réseau d’électrodes (10) est configuré de manière à comporter plusieurs électrodes de travail (12) qui sont respectivement opérationnellement associées à un site de réaction et pilotées par le module de contrôle (14) pour former une anode ou une cathode susceptible de réaliser une opération d’oxydoréduction, chacune des électrodes de travail (12) pouvant être contrôlée indépendamment des autres. 8. Electrochemical device (1) according to any one of claims 1 to 6, in which the electrode network (10) is configured so as to comprise several working electrodes (12) which are respectively operationally associated with a reaction site and controlled by the control module (14) to form an anode or a cathode capable of carrying out an oxidation-reduction operation, each of the working electrodes (12) being able to be controlled independently of the others. 9. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel l’ensemble d’électrodes (2) comporte deux types distincts d’électrodes parmi lesquels une ou plusieurs électrodes de travail (12) et une ou plusieurs contre-électrodes (18) associées aux électrodes de travail (12), l’au moins une électrode additionnelle (16) étant une électrode de type contre-électrode (18). 9. Electrochemical device (1) according to any one of claims 7 or 8, in which the set of electrodes (2) comprises two distinct types of electrodes including one or more working electrodes (12) and one or more counter-electrodes (18) associated with the working electrodes (12), the at least one additional electrode (16) being an electrode of the counter-electrode type (18). 10. Dispositif électrochimique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’électrode additionnelle (16) n’est pas polarisée en fonctionnement. 10. Electrochemical device (1) according to the preceding claim, in which the additional electrode (16) is not polarized during operation. 11. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel l’ensemble d’électrodes (2) comporte trois types distincts d’électrodes parmi lesquels une ou plusieurs électrodes de travail (12), une ou plusieurs contre-électrodes (18) associées aux électrodes de travail (12), et au moins une électrode de type électrode de référence (20). 11. Electrochemical device (1) according to any one of claims 7 or 8, in which the set of electrodes (2) comprises three distinct types of electrodes including one or more working electrodes (12), one or more counter-electrodes (18) associated with the working electrodes (12), and at least one electrode of the reference electrode type (20). 12. Dispositif électrochimique (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins une électrode additionnelle (16) est une électrode de type électrode de référence (20) et/ou une électrode de type contre-électrode (18). 12. Electrochemical device (1) according to the preceding claim, in which the at least one additional electrode (16) is an electrode of the reference electrode type (20) and/or an electrode of the counter-electrode type (18). 13. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications 11 ou 12, dans lequel le réseau d’électrodes (10) comprend plusieurs électrodes de type électrode de travail (12) et de type contre-électrode (18), une électrode du premier type étant alimentée électriquement de sorte à former une cathode ou une anode et entourant au moins une électrode du deuxième type alimentée électriquement de sorte à former une anode ou une cathode. 13. Electrochemical device (1) according to any one of claims 11 or 12, in which the electrode network (10) comprises several electrodes of the working electrode type (12) and of the counter-electrode type (18), an electrode of the first type being electrically supplied so as to form a cathode or an anode and surrounding at least one electrode of the second type electrically supplied so as to form an anode or a cathode. 14. Dispositif électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 6, dans lequel le réseau d’électrodes (10) formé sur la plaque de support (8) comprend une pluralité d’électrodes, le dispositif électrochimique comprenant sur la deuxième paroi une unique électrode additionnelle, commune à la pluralité d’électrodes de type électrode de travail. 14. Electrochemical device according to any one of the preceding claims in combination with claim 6, in which the electrode network (10) formed on the support plate (8) comprises a plurality of electrodes, the electrochemical device comprising on the second wall a single additional electrode, common to the plurality of electrodes of the working electrode type. 15. Dispositif électrochimique selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel le réseau d’électrodes (10) formé sur la plaque de support (8) comprend une pluralité d’électrodes, le dispositif électrochimique comprenant sur la deuxième paroi (5) une pluralité d’électrodes additionnelles (16) respectivement associées à au moins une des électrodes de la pluralité d’électrodes de type électrode de travail (12). 15. An electrochemical device according to any one of claims 1 to 13 in combination with claim 6, wherein the electrode array (10) formed on the support plate (8) comprises a plurality of electrodes, the electrochemical device comprising on the second wall (5) a plurality of additional electrodes (16) respectively associated with at least one of the electrodes of the plurality of working electrode type electrodes (12). 16. Dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’électrode de travail (12) est alimentée de sorte que le courant d’alimentation présente une valeur supérieure à une valeur seuil, de manière à ce que l’électrode de travail (12) soit rendue active pour la production de protons ou par la déplétion de protons. 16. An electrochemical device (1) according to any preceding claim, wherein the working electrode (12) is supplied such that the supply current has a value greater than a threshold value, such that the working electrode (12) is made active for the production of protons or by the depletion of protons. 17. Dispositif électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’électrode additionnelle (16) fait saillie de la deuxième paroi (7) du conduit de circulation (4). 17. Electrochemical device according to any one of the preceding claims, in which the additional electrode (16) projects from the second wall (7) of the circulation conduit (4). 18. Dispositif électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’électrode additionnelle (16) est disposée dans un renfoncement de la deuxième paroi (7) du conduit de circulation (4). 18. Electrochemical device according to any one of the preceding claims, in which the additional electrode (16) is arranged in a recess in the second wall (7) of the circulation conduit (4). 19. Dispositif électrochimique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit de circulation (4) comprend au moins une membrane semi- perméable (24). 19. Electrochemical device according to any one of the preceding claims, in which the circulation conduit (4) comprises at least one semi-permeable membrane (24). 20. Méthode de synthèse de polynucléotides mettant en œuvre le dispositif électrochimique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape d’association, au cours de laquelle chaque site de réaction d’une plaque de support est opérationnellement associé à une électrode du réseau d’électrodes, et une étape de déprotection (102) au cours de laquelle un groupe de protection labile d’un fragment de polynucléotides formé au préalable sur un site de réaction est retiré par une opération d’oxydo-réduction réalisée au contact d’une électrode du réseau d’électrodes, l’étape de déprotection (102) comprenant une application d’un potentiel appropriée sur au moins une électrode du réseau d’électrodes (10). 20. A method for synthesizing polynucleotides using the electrochemical device (1) according to any one of the preceding claims, comprising an association step, during which each reaction site of a support plate is operationally associated with an electrode of the electrode array, and a deprotection step (102) during which a labile protection group of a polynucleotide fragment previously formed on a reaction site is removed by an oxidation-reduction operation carried out in contact with an electrode of the electrode array, the deprotection step (102) comprising an application of an appropriate potential to at least one electrode of the electrode array (10). 21. Méthode de synthèse selon la revendication précédente, dans laquelle l’étape de déprotection (102) et une étape d’élongation (101), au cours de laquelle un nucléotide est ajouté sur le fragment de polynucléotides dont le groupe de protection labile a été retiré lors de l’étape de déprotection, sont répétées jusqu’à obtention d’un polynucléotide d’intérêt. 21. Synthesis method according to the preceding claim, in which the deprotection step (102) and an elongation step (101), during which a nucleotide is added to the polynucleotide fragment from which the labile protection group was removed during the deprotection step, are repeated until a polynucleotide of interest is obtained. 22. Méthode de synthèse selon l’une quelconque des revendications 20 ou 21, dans laquelle le groupe de protection labile est sensible à un changement de pH, l’application de la différence de potentiel de l’étape de déprotection (102) résultant en un changement de pH conduisant au clivage du groupe de protection labile. 22. A method of synthesis according to any one of claims 20 or 21, wherein the labile protecting group is sensitive to a change in pH, the application of the potential difference of the deprotection step (102) resulting in a pH change leading to cleavage of the labile protecting group. 23. Méthode de synthèse selon la revendication 22, dans laquelle le groupe de protection est un groupe amino. 23. The synthesis method of claim 22, wherein the protecting group is an amino group. 24. Méthode de synthèse selon l’une des revendications 20 à 23, dans laquelle l’ajout d’un nucléotide sur le fragment de polynucléotides lors de l’étape d’élongation (101) est effectué par une polymérase, de préférence une polymérase sans matrice. 24. Synthesis method according to one of claims 20 to 23, in which the addition of a nucleotide to the polynucleotide fragment during the elongation step (101) is carried out by a polymerase, preferably a polymerase without a template.
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