Développement d'un capteur magnétique de nano-force à raideur négative et caractérisation mécanique des ovocytes humains

par Racha Gana

Thèse de doctorat en Automatique, signal, productique, robotique

Sous la direction de Emmanuel Piat, Bruno Wacogne et de Joël Abadie.

Soutenue le 15-12-2016

à Besançon , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Michèle Rombaut.

Le jury était composé de Emmanuel Piat, Bruno Wacogne, Joël Abadie, Michèle Rombaut, Orphée Cugat, Florence Marchi.

Les rapporteurs étaient Orphée Cugat, Florence Marchi.

mots clés

• Assistance médicale à la procréation
• Caractérisation mécanique
• Ovocytes humains
• Capteur de nanoforce
• Ressorts magnétiques
• Modélisation
• Comportement mécanique
• Procréation médicalement assistée
• Capteurs de force
• Ovocytes

Résumé

La méthode de sélection de l'ovocyte pour l'insémination, dans le cadre de l'assistance médicale à la procréation chez l'homme, ne garantie pas un taux de réussite satisfaisant. Plusieurs études académiques ont été menées dans le but de compéter cette méthode par d'autres plus objectives. Nous nous sommes intéressés à la caractérisation mécanique qui exige un dispositif approprié. Dans ce contexte, nous avons effectué des travaux de conception et de fabrication pour développer une plateforme permettant la caractérisation mécanique des ovocytes humains. Le composant principal de cette plateforme est le capteur de nano-force. Ce dernier, qui emploie un principe de ressorts magnétiques passifs, est constitué d'un indenteur venant solliciter l'ovocyte. Dans cette configuration, l'indenteur est stable suivant deux directions. La troisième direction, initialement instable, est stabilisée par la réaction de l'ovocyte à caractériser. L'originalité de ce capteur réside dans l'exploitation de la direction instable pour la mesure de force. En parallèle, un travail de modélisation du comportement mécanique des ovocytes a été réalisé dans le but d'identifier d'éventuels paramètres mécaniques pertinents pour la qualification des ovocytes. Ce travail a permis, d'une part, d'effectuer une étude critique sur les modèles existants dans la littérature et d'autre part, de développer un modèle basé sur une approche plus physique qui prend en compte la structuration tridimensionnelle complexe de l'ovocyte.

mots clés

• Medically assisted procreation
• Mechanical characterization
• Human oocytes
• Nanoforce sensor
• Magnetic springs
• Modeling
• Mechanical behavior

Titre traduit

Development of a magnetic sensor of nanoforce with negative stiffness and mechanical characterization of human oocytes

Résumé

The oocyte selection method for insemination, in the context of medically assisted procreation for humans, does not guarantee a good rate of success. Several academic studies have been conducted in order to complete this method by other more objective. We are interested in the mechanical characterization which requires an appropriate device. In this context, we carried out a design and a manufacturing work to develop a platform for the mechanical characterization of human oocytes. The main component of this platform is the nano-force sensor. This sensor, which uses a principle of passive magnetic springs, is composed of an indenter which compresses the oocyte. In this configuration, the indenter is stable along two directions. The third direction, initially unstable is stabilized by the reaction of the oocyte that has to be characterized. The originality of this sensor is the exploitation of the unstable direction for the force measurment. In parallel, a modeling work of the oocytes mechanical behavior was performed in order to identify some relevant mechanical parameters for their qualification. This work allowed us, first, to make a critical study of existing models in the literature, and secondly, to develop a model, based on a physical approach, which takes into account the oocyte complex three-dimensional structure.