Contribution à la réalisation de dispositifs microfluidiques à base d’électromouillage pour la détection SPR

par Guillaume Perry

Thèse de doctorat en Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunications

Sous la direction de Rabah Boukherroub et de Vincent Thomy.


  • Résumé

    Ces travaux de thèse ont porté sur l’étude de solutions originales pour limiter la biopollution dans des systèmes microfluidiques à base d'électromouillage (EWOD) couplés à un biocapteur à résonance de plasmons de surface (SPR). Deux approches complémentaires ont été étudiées. Dans un premier temps nous avons mis à profit la forte adsorption de protéines sur des nanofeuillets d'oxyde de graphène (GO): les caractérisations de mouillage de solutions contenant un mélange de GO et de protéines (albumine sérique bovine - BSA) ont permis de montrer que le GO maintenait en suspension les protéines en évitant leur adsorption sur la surface. Le résultat le plus remarquable obtenu concerne le déplacement par EWOD de BSA, à une concentration de 195ng/µL (pour 500ng/µL de GO), 30 fois plus que ce qu’il est possible de transporter sans GO. Nous avons montré que la présence des feuillets de GO n’altère pas l’activité enzymatique. Une autre solution a consisté à développer des surfaces superomniphobes (connues pour leur propriété d’auto-nettoyage) via un dépôt chimique de nanostructures d’oxyde de zinc (ZnO). Nous avons montré que certaines nanostructures de forme réentrante présentent des angles de contact supérieurs à 140°, des hystérésis inférieures à 20° pour des liquides de tensions de surface supérieures à 35mN/m. Pour finir, ces deux approches ont été validées pour l’application envisagée. L’interaction entre biomolécules et biodétecteur SPR a pu être validée (i) en contrôlant la désorption des protéines du GO par une solution basique, (ii) en réalisant des ouvertures dans les nanostructures de ZnO.

  • Titre traduit

    Contribution to the achievement of electrowetting-based microfluidic devices for SPR detection


  • Résumé

    This work reports on the study of original strategies to limit biofouling in Electrowetting-on-Dielectric (EWOD) based microfluidic devices coupled with a Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensor. Two complementary approaches have been investigated. In the first part, we take advantage of the high adsorption capacity of graphene oxide (GO) for biomolecules: the wetting properties of a mixed solution containing Bovin Serum Albumine (BSA) and GO show that GO keeps proteins in suspension inhibiting their adsorption on the surface. The most important result concerns the EWOD motion of BSA droplet with a concentration of 195ng/µL (with 500ng/µL of GO). In this case, the BSA concentration is 30 times higher than the BSA concentration which can be displaced without GO. We show also that the presence of GO in the droplet does not alter the enzymatic activity of horseradish peroxidase (HRP) after GO/HRP displacement. The other developed solution consists in the development of superomniphobic surfaces (known for their self-cleaning properties) via chemical deposition of zinc oxide (ZnO) nanostructures. The chemically functionalized ZnO nanostructures display contact angles higher than 140° and hysteresis lower than 20° for liquids of surface tensions higher than 35 mN/m. To conclude, these two approaches have been validated for the targeted application. Interaction between biomolecules and the SPR biosensor can be realized (i) by controlling proteins’ desorption from GO in base solution, (ii) by making microapertures in ZnO nanostructured surfaces.


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