Conception et caractérisation d'une puce colorimétrique pour la détection des allergènes

Design and characterization of colorimetric micro-chip for the detection of allergens

• Auteur / Autrice : Sana El Idrissi
• Direction : Hamid Kokabi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 07/01/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et électromagnétisme (Paris ; 2009-2019)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Ben Chouikha, Stéphanie Descroix, Sylvie Sautrot, Stéphane Holé, Geoffroy Klisnick
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Algani, Didier Decoster

Mots clés

Mots clés contrôlés

Allergènes

Anticorps

Nanobiotechnologie

Microcapteurs

Mots clés libres

Capteur optique à double jonctions enterrées

Micro puce d'analyse immunologique intégrée

Capteur CMOS APS

Micro-Électronique

Micro fluidique

Test immunologique

Biological micro-sensor prototype

Colorimetric sensor

Résumé

Cette thèse traite un sujet pluridisciplinaire, la conception d’un prototype de micro-capteur biologique pour la détection des anticorps de patients susceptibles d'être allergiques.Elle a pour objectif la miniaturisation de la méthode ELISA pour « Enzyme Linked Immune Sorbent Assay » en concevant en « full-custom », avec une technologie CMOS APS, un capteur colorimétrique. Ce capteur est posé en dessous un système micro fluidique contenant l’échantillon biologique à tester, le tout est illuminé via une fibre optique. Le détecteur capte la lumière qui a traversé le micro-tube contenant l’échantillon. Les courants photoniques induits sont liés à la concentration et la coloration de la solution. Le virage colorimétrique de la réaction enzymatique, due à la présence des anticorps dans le sérum, et l’évaluation quantitative de la concentration seront déterminée par la mesure de ces photo-courants. Le capteur pourrait contenir une matrice de 20x20 pixels de détecteurs de couleur ainsi que leur électronique de lecture et de commande. Pour des raisons de coûts, nous avons validé le procédé à l’aide d’une matrice de 4x4 pixels de détecteur de couleur. La réalisation du circuit a été suivie par une caractérisation électrique et colorimétrique. La caractérisation électrique a permis de valider le fonctionnement du bloc de commande du circuit ainsi que celui du pixel (l’électronique de lecture, BDJ). Les résultats de mesures concordent avec ceux de simulations. La caractérisation colorimétrique consiste à mesurer le virage colorimétrique de deux solutions différentes. Les mesures ont pu montrer que notre capteur est plus sensible que le spectromètre utilisé pour mesurer la concentration des deux solutions. Ainsi ce travail de recherche a contribué à la miniaturisation d’une bio-puce colorimétrique dédiée aux tests immunologiques basée sur la méthode ELISA.

This PhD treats a multidisciplinary subject based on the design of a biological micro-sensor prototype for the detection of antibodies of patients susceptible to be allergic.The goal has been the miniaturization of the ELISA "Enzyme Linked Immune Sorbent Assay" method, designing in integrated full-custom colorimetric sensor with a CMOS APS technology. This sensor is installed below a microfluidic system containing the biological test sample, the whole is illuminated via an optical fiber. The sensor detects the light passed through the micro reservoir containing the sample, the induced photo-currents is related to the concentration of the solution. The color change of the enzyme reaction due to the presence of antibodies in the serum, and the quantitative evaluation of the concentration will be determined by the measurement of the induced photo-currents. The sensor may contain a matrix of 20x20 color detector pixels and their reading and control electronics. For cost reasons, we validated the method using a matrix of 4 x 4 pixels of color detectors.The design of electrical device was followed by a colorimetric and electrical characterizations. The latter was used to validate the operation of the control block of the circuit as well as that of the pixel (readout electronics, BDJ). The results brought by measurements are in good agreement with those obtained through simulations. The colorimetric characterization consists in measuring the intensity of the color of two different solutions of different colors. These measurements have shown that our sensor is more sensitive than a spectrometer. Therefore, this research work has contributed to the miniaturization of a colorimetric sensor and its electronic part for the Immunoassay based on the ELISA method.