Applications des micro-aimants aux Lab-on-Chip

Lab-on-Chip applications of micro-magnets

• Auteur / Autrice : Mario Fratzl
• Direction : Orphée Cugat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie electrique
• Date : Soutenance le 19/10/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Fourcade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Frenea-Robin, Thibaut Devillers
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicole Pamme, Leon Abelmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Laboratoires sur puces

Systèmes microélectromécaniques

Magnétisme

Électroaimants

Mots clés libres

Lab-On-Chip

Micro-Aimants

Magnetisme

Biotechnologies

Mems

Microfluidique

Lab-On-Chip

Micro-Magnets

Magnetism

Biotechnologies

Mems

Microfluidics

Résumé

Les fonctions magnétiques sont aujourd'hui omniprésentes dans les systèmes Lab-on-Chip. Une découverte surprenante est que tandis que la recherche Lab-on-Chip se concentre sur la miniaturisation, les fonctions magnétiques sur puce sont généralement assurées par des aimants centimétriques. Comparés à ces aimants centimétriques, les champs générés par les micro-aimants bénéficient de lois d'échelle conduisant à des gradients de champ considérablement amplifiés et donc à des forces magnétiques proportionnellement accrues. Le but de cette thèse était de démontrer le potentiel des Lab-on-Chips à base de micro-aimants. Les micro-aimants haute performance ont été intégrés avec succès dans les matériaux Lab-on-Chip les plus pertinents, y compris le polymère, le silicium et le papier. Nous avons étudié des fonctions sur puce basées sur l'interaction de structures mécaniques et de micro-aimants actionnés par des gradients magnétiques, des forces et des couples. Enfin, nous avons simulé, fabriqué et testé une variété de nouvelles puces couvrant un large champ d'applications telles que les études cellulaires-mécaniques, la magnétophorèse, la manipulation de fluides sur puce et le diagnostic auprès du patient. Nous concluons que les micro-aimants intégrés présentent un grand potentiel pour les applications de laboratoire sur puce et devraient être plus largement exploités.

Magnetic functions are nowadays ubiquitous in Lab-on-Chip systems. A surprising finding is that while Lab-on-Chip research focalizes on miniaturization, on-chip magnetic functions are usually driven by centimetric magnets. Compared to those centimetric magnets, fields generated by micro-magnets benefit from scaling laws leading to dramatically increased field gradients and thus proportionally improved magnetic forces. The aim of this thesis was to demonstrate the potential of micro-magnet based Lab-on-Chips. High-performance micro-magnets were successfully integrated in the most relevant Lab-on-Chip materials including polymer, silicon and paper. We studied on-chip functions based on the interaction of mechanic structures and micro-magnets actuated by magnetic gradients, forces and torque. Finally, we simulated, fabricated and tested a variety of new chips covering a large field of applications such as cell-mechanics studies, magnetophoresis, on-chip fluid handling and Point-of-Care diagnostics. We conclude that integrated micro-magnets show great potential for lab-on-chip applications and should be more widely exploited.