Development of lactate sensors and transfer to printed electronics

par Gaëtan Scheiblin

Thèse de doctorat en Microélectronique

Sous la direction de George Malliaras.

Soutenue le 15-09-2016

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) et de Département Bioélectronique (laboratoire) .

Le président du jury était Benoît Piro.

Le jury était composé de George Malliaras, Benoît Piro, Annalisa Bonfiglio, Yves Bayon, Pascal Mailley.

Les rapporteurs étaient Benoît Piro, Annalisa Bonfiglio.

  • Titre traduit

    Développement de capteurs ciblant les lactates et transfert sur électronique imprimée


  • Résumé

    Le domaine de la bioélectronique a suscité beaucoup d’intérêt ces dernières décennies grâce à sa capacité à rapprocher les mondes de l’électronique et de la biologie. La découverte dans les années 70 des polymères conducteurs a permis de combler le fossé séparant les deux mondes. Parmi les dispositifs basés sur les polymères conducteurs, les transistors électrochimiques organiques (OECTs) ont été largement utilisés pour des applications biomédicales ou comme biocapteurs. L’amplification intrinsèque apportée par le système en fait une plateforme idéale pour mesurer des signaux soumis à de fortes perturbations. La conformabilité et la flexibilité sont des paramètres clés dans le développement de capteurs implantables ou portés sur la personne. Ainsi des capteurs imprimés flexibles basés sur la technologie OECT sont prometteurs pour ces types d’application. Parmi les métabolites présents dans les fluides biologiques, les lactates sont liés à la fatigue musculaire ou les infections. Détecter ce composant est donc intéressant pour de nombreuses applications. Dans ce travail de thèse, le développement de capteurs de lactate sérigraphiés basés sur la technologie des OECTs est étudié. Une attention particulière est portée sur la possibilité d’obtenir des capteurs tout solide pour des applications portées sur la personne. Sachant que la détection d’ion peut facilement être réalisée avec des OECTs, des travaux ont été menés pour développer des capteurs multi-cibles pour le pH, et les ions Na+ et NH4+. Ces études ouvrent le champ sur des applications de diagnostic rapide en utilisant des circuits complexes intégrant des OECTs.


  • Résumé

    The field of bioelectronics has raised many interest in the past decades due to the fact that it couples the worlds of electronics to biology. The discovery of conducting polymers in the 1970’s allowed to bridge the gap between the two worlds.Among conducting polymer based devices, the organic electrochemical transistor (OECT) has been widely used for biosensing and biomedical applications. The intrinsic amplification provided by the device make it ideal platform to record signals that suffers from low signal to noise ratio. Conformability and flexibility are key parameters for implantable and wearable sensors. Thus flexible printed OECTs based biosensors are promising devices for those applications. Among metabolites present in biological fluids, lactate levels are linked with muscle fatigue or infection. Sensing this metabolite is consequently relevant for many applications. In this work, the development of a screen-printed, OECT based lactate sensor is discussed. An accent was given to obtain a wearable sensor, by designing solid state device. Moreover, since the OECT can be easily transposed to ionic detection, efforts were made towards the development of multianalyte platforms to sense pH, K+ and NH4+ ions. Those development open the way for more complex platforms based on circuits integrating OECTs. Those platforms could be used for rapid diagnostic applications with OECTs.


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