Développement d'une plateforme autonome et portable et pour des applications santé

par Charlotte Parent

Thèse de doctorat en Physique pour les sciences du vivant

Sous la direction de Yves Fouillet et de Jean-Luc Achard.

Soutenue le 08-10-2018

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (laboratoire) et de Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Pons.

Le jury était composé de Anaïs Ali Cherif, Nicolas Verplanck.

Les rapporteurs étaient Vincent Thomy, Bruno Le Pioufle.


  • Résumé

    Les microsystèmes intégrant des techniques microfluidiques offrent la possibilité de réaliser des analyses biologiques directement sur le site de prélèvement de l’échantillon. Ils ont pour objectifs notamment d’augmenter l’efficacité, la rapidité et l’accessibilité de ces tests. Pour développer efficacement un tel dispositif, un ensemble de critères doit être fixé tels que la limitation du coût, la portabilité, la simplicité d’utilisation et la précision des résultats. Un objectif de cette thèse est également de proposer un nouveau système portable permettant de répondre à un maximum d’applications. Pour cela, il convient d’intégrer et d’automatiser des protocoles biologiques complexes c’est-à-dire nécessitant l’ajout de plusieurs réactifs et des réactions en parallèle. A titre d’exemple, les tests ELISA sont abordés.Pour répondre à cette problématique, une technique innovante utilisant un matériau hyperélastique est combinée à une architecture X-Y. Des chambres étirables, permettant de calibrer et de mélanger des volumes compris entre 1 µL et une centaine de µL, sont ainsi réalisées. Différents protocoles sont intégrés et validés par ordre de complexité croissante dans des cartes microfluidiques en commençant par une gamme de dilution qui est la première étape pour la calibration des protocoles biologiques, puis un test enzymatique et un test ELISA homogène, avant d’aborder le test ELISA hétérogène qui est le protocole visé.Un démonstrateur permettant de piloter les cartes microfluidiques est ensuite présenté. Cette plateforme est générique et compatible avec les cartes microfluidiques développées. Enfin, pour automatiser complétement la mise en œuvre des protocoles, une nouvelle technique d’embarquement de réactifs liquide est proposée.

  • Titre traduit

    Development of a portable and stand-alone platform dedicated to health care applications


  • Résumé

    Microsystems utilizing microfluidic techniques offer the possibility to perform point-of-need biological analysis. An objective of these systems is to increase the efficiency, speed and accessibility of these analyses. In order to effectively develop this kind of device, a set of criteria must be established and adhered to. This set should address cost limitations, portability, user-friendliness, and accuracy of the results. Another objective is to propose a new portable system that has the capability to address as many applications as possible. To this end, complex biological assays with multiple steps and multiple reagents must be integrated and automated. ELISA is one such assay being considered.To deal with this issue, an innovative technique employs a hyper-elastic material joined to an X-Y architecture. The resulting chambers are flexible, thus allowing for calibration and mixing on the range of 1 µL to hundreds of µL. Several protocols are integrated and validated in microfluidic chips in order of increasing complexity. To start, a range of dilutions is performed, which is then used to calibrate biological assay. Next, an enzymatic assay and a homogeneous ELISA are integrated. Finally, heterogeneous ELISA, which is the aimed assay, is achieved.We present here a prototype to demonstrate the handling of the microfluidic chip. This platform is versatile and compatible with those that have been previously developed. Additionally, the introduction and integration of liquid reagents is proposed in order to completely automate the protocol.


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