Développement des technologies optoélectroniques à base des matériaux organiques pour les applications dans le biomédical

Development of novel organic optoelectronic technologies for biomedical applications

• Auteur / Autrice : Shahab Rezaei Mazinani
• Direction : George Malliaras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microelectronique
• Date : Soutenance le 16/10/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Bioélectronique
• Jury : Président / Présidente : Christophe Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : George Malliaras, Christophe Bernard, John De mello, Alexander Fleischmann, Andreas Offenhäusser, Paschalis Gkoupidenis, Esma Ismailova
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : John De mello, Alexander Fleischmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs optiques

Optoélectronique

Matériaux organiques

Thèses et écrits académiques

Sciences de la santé

Mots clés libres

Photodétecteur organique

Bulk heterojunction

Application biomédicale

Bioélectronique

Électrophysiologie optique

Organic photodetector

Bulk heterojunction

Biomedical devices

Bioelectronics

Optical electrophysiology

Résumé

Les dispositifs optoélectroniques organiques possèdent plusieurs avantages pour les applications dans le domaine du biomédical. Le photodétecteur organique (OPD) est un type de dispositif optoélectronique qui n’est pas encore utilisé pour la détection d’activité cérébrale. L’objectif de cette thèse a été d’explorer l’utilisation des OPD, constitués de différent matériaux donneur-accepteur d’électrons, dans le domaine des neurosciences. Nous avons présenté différent types d’OPD possédant une structure minimale, une excellente sensibilité et un grand potentiel d’intégration dans les méthodes de microfabrication existantes. Les détecteurs organiques ont été utilisés pour l’enregistrement de signaux optiques intrinsèques et de signaux fluorescents reflétant l’activité du calcium dans le cerveau. De plus, un autre aspect des OPD est présenté (en combinaison avec les transistors électrochimiques organiques (OECT)) : des systèmes électroniques biomimétiques basé sur une architecture électronique neuro-inspirée. Cette thèse démontre le potentiel des OPD pour enregistrer des activités cérébrales. Elle ouvre une nouvelle perspective, grâce à leur grande sensibilité, comme capteur optique en combinaison avec des dispositifs neuronaux implantables. Ceci élargira les frontières de l’électrophysiologie optique pour explorer les mécanismes complexes du cerveau et des maladies neurodégénératives.

Organic optoelectronic devices have many promising qualities for biomedical applications. Organic photodetectors (OPD), one type of such devices, have yet to be utilized for the detection of signals in the brain, to the best of our knowledge. The goal of this thesis was to explore the use of OPDs, based on different electron-donor and -acceptor materials in neuroscience applications. Different types of minimal-structure OPDs are presented, which have an excellent sensitivity and a high potential for incorporation into existing microfabrication methods. The organic sensors were utilized for monitoring the brain’s intrinsic optical signals and fluorescent calcium dynamics. Additionally, another aspect of these devices is presented (in combination with organic electrochemical transistors (OECT)): neuroinspired electronics, electronics that mimic biology. This thesis establishes the promise of OPDs for monitoring brain activities, which would lead to their integration, as high-sensitive micron-scale optical sensors in organic neural probes. Such device would result in exploring optical biological activities in the deep brain on the cellular level and would push the frontiers of optical-electrophysiology by giving a better understanding of complex mechanisms of the brain function and neurodegenerative diseases.