Droplet-based Microfluidic Platform for Quantitative Microbiology

par Cyprien Guermonprez

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Charles Baroud et de Sébastien Michelin.

Soutenue le 13-12-2016

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire d'Hydrodynamique de l'École polytechnique (Palaiseau, Essonne) (laboratoire) , École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire d'hydrodynamique / LadHyX (laboratoire) .

Le président du jury était Didier Mazel.

Le jury était composé de Charles Baroud, Sébastien Michelin, Cécile Cottin-Bizonne, Piotr Garstecki.

Les rapporteurs étaient Axel Buguin, Jean-Christophe Baret.

mots clés

• Microfluidique
• Goutte
• Microbiologie
• Parallele
• Antibiotique
• Croissance
• Autoassemblage
• Ullmann, Réaction de
• Microscopie tunnel à balayage
• Métaux -- Surfaces
• Nanostructures
• Ultravide

Titre traduit

Plate-forme de microfluidique pour la mesure de la croissance bactérienne en gouttes

Résumé

Développement d'une plateforme microfluidique pour la microbiologie quantitative. La plateforme permet la culture de milliers de colonies en parallèle dans des micro-gouttes. L'utilisation de tableau statique pour stocker les gouttes permet non seulement leur observation dans le temps pour des analyses dynamiques mais également la récupération de n'importe quelle goutte pour des études complémentaires. Nous avons également développé un outil permettant de soumettre les gouttes à des gradients chimiques directement sur la plateforme dont nous présentons les mécanismes physiques. Nous avons développé un software d'analyse des données générées par la plateforme pour l'étude de modèles de croissance bactérienne ainsi que l'impact des antibiotiques sur leur prolifération.

mots clés

• Microfluidic
• Droplet
• Microbiology
• Parallel
• Growth
• Antibiotic

Résumé

Development of a microfluidic chip for quantitative microbiology. The chip allow for parallel culture of thousands bacterial colonies in micro-droplets stored in static array. The 2D-array enable not only the visualisation of each colonies in timelapse experiment but also the extraction of any of them out of the chip at any time for further analysis (PCR, re-culture,...). The platform is adaptable to a concentration gradient producer, for which we present the physical understanding of working mechanism, that can apply different chemical environments to each colony. We developed in parallel a software that perform the analysis of the data generated by the platform to adress bacteria growth studies as well as the impact of antibiotics on bacteria proliferation.