Bioplume : A MEMS-based picoliter droplet dispenser with electrospotting means for patterning surfaces at the micro-and nanometer scales

par Thierry Leïchlé

Thèse de doctorat en Matériaux, technologie et composants de l'électronique

Sous la direction de Christian. Bergaud.

Soutenue en 2006

à Toulouse 3 .

  • Titre traduit

    Système de dépôt de micro-gouttes parallélisé pour la structuration et la fonctionnalisation electro-assistées de surfaces aux échelles micro- et nanométriques


  • Résumé

    Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception et la réalisation d'un système de dépôt de gouttes micrométriques à l'aide de matrices de leviers en silicium. L'originalité de ce système, nommé Bioplume, repose sur l'intégration de capteurs de forces et sur l'utilisation de méthodes de dépôt assistées par champ ou par auto-assemblage pour contrôler in-situ la taille, l'uniformité et la composition des motifs réalisés. Le système fonctionne en boucle fermée afin d'automatiser la fabrication de micromatrices de spots tout en garantissant la correction des erreurs d'alignement et le contrôle de la force exercée et du temps de dépôt. Après avoir validé le chargement assisté par électromouillage et le dépôt de solutions biologiques, nous utilisons les phénomènes d'auto-organisation afin de créer directement, à partir de solutions de nanoparticules, des microspots cristallins. Enfin, à l'aide d'électrodes incorporées aux leviers, des réactions électrochimiques sont induites dans les volumes de liquides déposés (de l'ordre du picolitre), permettant l'électrodéposition de cuivre et l'éléctropolymérisation de pyrroles. Les nombreuses fonctionnalités apportées à notre système pendant cette thèse permettent d'étendre ses capacités, faisant de Bioplume une solution fiable et complémentaire aux techniques de jet d'encre et de dip-pen en terme de taille de motifs.


  • Résumé

    The need for patterning surfaces with organic or inorganic materials at a micro and nanometer scale is of crucial importance for designing novel hybrid devices with unconventional properties for photonics, electronics, biosensors, etc. Among various patterning methods, dispensing techniques relying on the use of microcantilevers are very promising for several reasons. The first one is that they permit a direct patterning of the surface with different kinds of materials without any need for prefabricated patterns. Secondly, alignment of the cantilevers with respect to specific regions on the surface is straightforward since the cantilevers themselves can be used as displacement sensors. Moreover, to overcome the serial nature of cantilever-based techniques, parallel approaches can be developed to meet specific requirements in terms of throughput and fabrication costs. Finally, electrically-assisted deposition can be envisaged provided that addressable electrodes are implemented onto the cantilevers. A fully automated MEMS designed for the trim control of a microspotting system (so called "Bioplume") using an integrated parallel force sensor with high precision and sensitivity will be presented. This microsystem improves the results, in terms of size and homogeneity of deposited droplets, through a direct-contact method. It allows the contact time and the force to be controlled during deposition. Using this method, homogeneous spots can be realized leading to a reproducible analysis. Proof-of-concept experiments have been carried out to demonstrate the versatility of our deposition system in terms of deposited materials and spot size ranging from the micro to nanometer scale. More specifically, we will discuss results obtained for surface patterning with oligonucleotides, proteins, molecular imprinted polymers, conductive polymers, nanoparticles, etc. Through direct deposition with and without electrically-assisted techniques.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 f.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin des chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2006TOU30267
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