Conception et élaboration d'un micro-détecteur de biomolécules en milieu liquide couplant transducteur à ondes de Love et matrice poreuse

Contribution to the design and the elaboration of a microsensor for biomolecules in liquid medium coupling Love waves and porous matrix

• Auteur / Autrice : Maxence Rube
• Direction : Laurent Linguet, Dominique Rebière, Ollivier Tamarin, Martine Sebeloue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microélectronique
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Guyane
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Diversités, santé et développement en Amazonie (Cayenne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecole Doctorale 587 : Diversités, santé et développement en Amazonie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Boissière, Philippe Ménini, Anne-Claire Salaün, Thérèse Leblois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs (technologie)

Ondes de Love

Mots clés libres

Capteur SAW à ondes de Love

Couche mésoporeuse

Dioxyde de Titane

Modélisation par éléments finis

Biocapteur

Milieu liquide

Spectroscopie d’impédance

Love wave SAW sensor

Mesoporous layer

Titanium dioxide

Element modeling

Biosensor

Liquid medium

Impedance spectroscopy

Résumé

Les capteurs à ondes de Love sont utilisés dans une large gamme d’applications en milieu liquide, avec des sensibilités très importantes. Néanmoins, ceux-ci ne permettent pas, encore aujourd’hui, de détecter des molécules de très faibles poids telles que les cyanotoxines. Ces travaux de thèse portent sur l’utilisation de couches mésoporeuses d’oxyde de titane sur un capteur à ondes de Love afin d’améliorer sa sensibilité. Après avoir obtenu un nouveau modèle conceptuel du capteur permettant d’enrichir sa réponse, sa sensibilité à des effets de variations rhéologiques et diélectriques est quantifiée en milieu liquide. Ces résultats sont ensuite utilisés pour obtenir un ensemble de modèles par éléments finis, venant compléter notre « boite à outils ». Enfin, plusieurs méthodes de dépôt de couches mésostructurées en films minces sont étudiées. Les capteurs ainsi obtenus sont caractérisés en milieu liquide et permettent de conclure sur une amélioration des performances en sensibilité sous un certain nombre de conditions. Ces conditions sont étudiées à l'aide des modèles par éléments finis et permettent de tracer une voie d’optimisation des capteurs à ondes de Love utilisant des couches mésostructurées.

Love wave sensors are used in a wide range of applications in liquid medium, offering very high sensitivities. However, still today, they are not able to detect very low weight molecules such as cyanotoxins. These thesis works focus on the use of mesoporous titanium oxide layers on a Lov wave sensor in order to improve its sensitivity.A new conceptual model of the sensor is proposed, enabling the enrich ment of its response and then the quantification of its sensitivity to rheological and dielectric variations of a liquid medium. These results are used to obtain a set of Finite Element models, completing our“toolbox“. Finally, several methods of mesostructured thin film layers deposition are studied. The so-obtained sensors are characterized in a liquid medium and demonstrate the improvement of the sensitivity performance under some conditions. The further use of finite element models highlights optimization strategies for Love wave sensors using mesostructured layers.