Approches microfluidiques pour la séparation de cellules parasitées

par Renaud Gelszinnis

Thèse de doctorat en Électronique, électrotechnique et automatique

Sous la direction de Rosaria Ferrigno, Magalie Faivre et de Anne-Laure Deman.

Soutenue le 02-07-2015

à Lyon 1 , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Bruno Le Pioufle.

Le jury était composé de Rosaria Ferrigno, Magalie Faivre, Anne-Laure Deman.

Les rapporteurs étaient Nora Dempsey, Stéphanie Descroix.


  • Résumé

    Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans le développement de systèmes microfluidiques dédiés à la séparation cellulaire pour le diagnostic du paludisme. Deux approches ont été testées. Une première approche active est basée sur l'exploitation des différences de propriétés magnétiques entre les cellules saines et parasitées (magnétophorèse). Cette approche a été mise en oeuvre grâce à l'intégration d'un matériau non conventionnel, l'i-PDMS. Ce matériau composite est formé d'une matrice de PolyDiMétylSiloxane (PDMS) rendue magnétique par l'ajout de microparticules de carbonyle de fer. Cette propriété lui permet de concentrer les lignes de champ magnétique d'un aimant et ainsi générer des gradients de champ magnétique nécessaire pour la magnétophorèse. L'i-PDMS est un matériau compatible avec les procédés conventionnels de softlithographie. Il peut être microstructuré de diverses formes à une résolution maximale de 25 μm pour un taux de dopage massique en microparticules de 83%. Il présente l'avantage de pouvoir être collé irréversiblement sur verre et sur PDMS. Son intégration dans un microsystème fluidique est donc étanche, rapide à mettre en oeuvre, et peu coûteuse. Une étude numérique a permis l'optimisation du microsystème. Une étude expérimentale a permis la démonstration de la capacité de ce matériau à générer des gradients de champ magnétique. Enfin, une caractérisation de ses performances en magnétophorèse appliquée à des microbilles superparamagnétiques et à des cellules cancéreuses labellisées a été réalisée. La deuxième approche est une approche passive basée sur le développement d'un aiguilleur microfluidique qui vise à dévier la trajectoire des cellules en fonction de leur déformabilité. Le principe de cet aiguilleur s'inspire de la mesure de la chute de pression. Des résultats numériques et expérimentaux préliminaires sont présentés

  • Titre traduit

    Microfluidic approaches for the separation of parasitized cells


  • Résumé

    The thesis work presented here deals with the development of microfluidic tools to perform malaria diagnosis, based on cell-sorting technics. Two approaches have been investigated to achieve cell separation. The first approach is based on the difference of magnetic properties between healthy and infected red blood cells (magnetophoresis). For that purpose we used a non-conventional composite material, noted i-PDMS, made of carbonyl iron microparticles mixed in a PolyDiMethylSiloxane (PDMS) matrix. i-PDMS is hence magnetic and has the ability to concentrate the magnetic field lines of a permanent magnet, and so generate magnetic field gradients needed to perform magnetophoretic manipulations. i-PDMS is a material compatible with the usual soft-lithography processes that can be structured at the micrometer scale, reaching 25 μm resolution for various geometries at 83% w/w of carbonyl iron microparticles in the PDMS matrix. i-PDMS can be quickly prepared and irreversibly sealed on glass or PDMS, which makes it a low cost technology easily integrated in microfluidics microsystems. A computer study led to the optimisation of the microsystem. Then an experimental study was conducted in order to demonstrate the ability of this material to generate magnetic field gradients. Finally, characterization of its magnetophoresis performances applied to superparamagnetic microbeads and labelled cancer cells was achieved. The second approach is a passive approach based on the development of a microfluidic switcher designed to deflect the trajectory of the cells according to their deformability. The principle of this switcher is inspired by the measurement of the pressure drop technic. Computer studies and preliminary experimental results are presented

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