BioMEMS pour l'analyse de cellules biologiques par spectroscopie d'impédance

par Timothée Houssin

Thèse de doctorat en Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunication

Sous la direction de Vincent Senez et de Dimitri Pavlidis.

Soutenue le 23-02-2011

à Lille 1, dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille).


  • Résumé

    Les travaux de thèse ici présentés portent sur l’analyse intégrée de cellules biologiques par spectroscopie d’impédance en basse fréquence dans des systèmes microfluidiques. L’impédancemétrie représente une alternative intéressante aux marqueurs optiques car elle semble moins invasive. Le but de ces travaux est de développer des bioMEMS impédimétriques pour l’analyse du parasite aquatique Cryptosoridium parvum (C. parvum) et la détection des interactions protéine-cellule. Pour cela, des réseaux de microélectrodes interdigitées ont été réalisés au sein de puits et de microcanaux. Différentes géométries d’électrodes sont caractérisées. Des circuits électrique de modélisation sont présentés. Les spectres de relaxation diélectrique de l’eau déionisée en basse fréquence (< 1 MHz) et les temps de relaxation mis en jeu ont été déterminés. Une méthode électrique permettant de quantifier automatiquement et sans marqueurs la concentration de parasites C. parvum suspendus dans de l’eau purifiée est présentée. La viabilité de ces parasites est discriminée par impédancemétrie. Pour étudier les interactions protéine-cellule, la lactoferrine (Lf) et des cellules d’ovaires d’hamster chinois (CHO) ont été choisies comme modèle d’étude. Différents paramètres biologiques de culture cellulaire sont analysés pour optimer les mesures impédimétriques. L’interaction de la Lf avec les CHO est détectée spécifiquement. Afin d’injecter des réactifs aux cellules tout en minimisant les perturbations électrochimiques, l’analyse impédimétrique des interactions cellule-protéine est effectuée dans des canaux microfluidiques. Dans ces conditions, les mesures élecrtriques ont des effets invasifs.

  • Titre traduit

    BioMEMS for the analysis of biological cells by impedance spectroscopy


  • Résumé

    The thesis presented here deals with the integrated analysis of biological cells by low frequency impedance spectroscopy in microfluidic systems. Impedancemetrey represents an interesting alternative to optical labels because they seem to be less invasive. The purpose of this work is to develop an impedimetric bioMEMS for the analysis of aquatic parasite Cryptosoridium parvum (C. parvum) and the detection of cell-protein interactions. Arrays of interdigitated microelectrodes were realized in wells and microchannels. Different geometries of electrodes were characterized. Electrical circuit models are presented. Dielectric relaxation spectrums of deionized water in low frequencies (<1 MHz) and relaxation times were established. An electrical label free method to quantify automatically the concentration of C. parvum parasites suspended in purified water is presented. The viability of these parasites was discriminated by impedancemetry. To study protein-cell interactions, lactoferrin (Lf) and cells of chinese hamster ovary (CHO) were chosen as study model. Different biological parameters are studied to optimize impedimetric measurements. Lf-CHO interaction is detected specifically. To inject reagents into cells while minimizing electrochemical perturbations, impedimetric analysis of CHO-Lf interaction was also performed within microfluidic channels. In these conditions, electrical currents can have invasive effects.

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