Nouveaux procédés d'élaboration à haute résolution de biomicrosystèmes pour la biotechnologie et la microfluidique

par Elie Bou Chakra

Thèse de doctorat en sciences. Micro et nanotechnologie

Sous la direction de Michel Garrigues.

Soutenue en 2007

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Ce mémoire traite du développement de procédés d’adressage de produits chimiques ou biologiques à haute résolution et de leur intégration dans les méthodes d’élaboration de biopuces et de microlaboratoires sur puce. Les avantages attendus sont multiples : réduction de la surface de travail et accroissement de la sensibilité de ces microdispositifs, augmentation de leur capacité d’analyse paramétrique et aussi intégration de biopuces dans les microlaboratoires sur puce. Deux modes d’adressage ont été particulièrement étudiés. Nous nous sommes tout d’abord intéressés à la projection de produits à l’échelle de 4 picolitres. Ce procédé est basé sur l’adaptation d’un dispositif de projection à effet piézoélectrique du commerce, qui permet de concilier résolution, disponibilité et coût. Il est aussi très souple d’utilisation, de sorte que nous avons envisagé de le mettre en œuvre dans la synthèse in situ de biopuces, notamment de puces à oligopeptides. Cela implique la maîtrise de la projection de réactifs dans des conditions de rendement de synthèse chimique aussi élevé que possible pour obtenir des puces d’intérêt biologique. Pour cela nous avons étudié le système de projection pour l’adapter à la variété des produits à adresser. Ce travail a abouti à démontrer la faisabilité d’une picosynthèse peptidique dans le cadre d’une biopuce modèle simplifiée. Le potentiel d’application est étudié pour la synthèse in situ de puces à oligonucléotides ou à oligopeptides à haute résolution (à terme 80 000 plots/cm²). Nous nous sommes ensuite intéressés à l’adressage de réactifs par microtamponnage. Ce procédé, moins flexible que le précédent, permet d’atteindre une résolution beaucoup plus élevée avec un mode de fabrication collectif et de faible coût. Pour faciliter sa mise en œuvre, nous avons développé un banc de microtamponnage compact intégrant les fonctions nécessaires au proce��dé (encrage, alignements, changement de tampons et substrats). Le contact tampon/substrat est effectué automatiquement. Nous avons aussi développé une méthode innovante de contrôle de la charge sur le tampon basée sur une compression par des butées micrométriques réglables. Cet instrument a été mis en œuvre dans le cadre de deux applications originales : la fabrication de circuits microfluidiques par gravure humide du verre ; le greffage d’anticorps au fond d’un canal microfluidique. Nous concluons sur les améliorations possibles pour passer à une résolution supérieure.

  • Titre traduit

    New high resolution processes applied to the fabrication of biomicrosystems for biotechnology and microfluidics


  • Résumé

    This thesis is about the development of high resolution addressing processes of biological or chemicals products and their integration in the manufacturing of biochips and lab-on-chips. Multiple advantages are expected: reduction of the surface of work and increase in the sensitivity of these microdevices, increase in their capacity of parametric analysis and also integration of biochips into labs on chip. Two ways of addressing were particularly studied. First of all we studied the projection of products at 4 picolitres scale. This process is based on the adaptation of a commercial piezoelectric projection device allowing a compromise between resolution, availability and cost. It allows also flexibility of use, so that we planned to use it for the in situ synthesis of biochips, notably oligopeptide chips. This implies the control of the projection of reagents to reach as high chemical yield of synthesis as possible, in order to obtain chips of biological interest. For that we studied the projection system to adapt it to the variety of the products to be addressed. This work led to the feasibility of a peptide picosynthesis in the case of a simplified model biochip. The potential of application is analyzed for the in situ synthesis of oligonucleotide or oligopeptide high resolution chips (80 000 spots/cm² in the future). Then we studied the addressing of reactants by microcontact printing. This principle, less flexible than the previous one, allows reaching a much higher resolution with a collective and low cost manufacturing process. To facilitate its use, we have developed a compact instrument, a microcontact printer, which integrates the functions necessary for the process (inking, alignments, change of stamps and substrates). The contact stamp/substrate is carried out automatically. We developed also an innovative method to control the load on the stamp, which is based on a compression by two adjustable micrometric thrusts. This instrument was used in two original applications: the manufacturing of microfluidic devices by wet etching of glass; the grafting of antibodies at the bottom of a microfluidic channel. We conclude on the possible improvements to increase the resolution.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (171 p.)
  • Annexes : 197 réf.

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  • Cote : T2064
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