Développement (et compréhension) de lits fluidisés magnétiques en microfluidique : applications à la détection ultrasensible en bio-analyse

Magnetic fluidized beds in microfluidic : application to ultrasensitive detection for bioanalysis

• Auteur / Autrice : Lucile Alexandre
• Direction : Stéphanie Descroix, Laurent Malaquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 04/10/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physico-chimie Curie (Paris ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Taly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Descroix, Valérie Taly, Thomas Laurell, Marie Frenea-Robin, Olivia Du Roure, Jérôme Fresnais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Laurell, Marie Frenea-Robin

Mots clés

Mots clés libres

Pre-Éclampsie

Lits fluidisés magnétiques

Bioanalyse

Bioanalysis

Pre-Eclampsia

Magnetic fluidized beds

Résumé

Un système de lit fluidisé magnétique microfluidique a été développé pour répondre aux besoins d’extraction et de préconcentration nécessaire comme première étape de bioanalyse. Ce système se base sur le même concept que les lits fluidisés macroscopiques en remplaçant la gravité par une force magnétique. Un nouveau module a été développé au court de ma thèse afin d’aborder de nouveaux défis en terme de détection à très basse concentration. Une augmentation de la hauteur de la puce nous a permis de travailler à hauts débits (15 µL/min). Un premier travail sur l’homogénéisation de la répartition des billes à l’intérieur de la puce microfluidique a été effectué grâce à l’implémentation d’un système de vibration et d’une matrice bimodale. Cette approche a prouvé son efficacité sur des modèles de capture de protéines et d’ADN.En parallèle, une seconde partie de mon travail a porté sur l’application du système de lit fluidisé dans à différents défis analytiques. Dans un premier temps, nous avons montré son potentiel pour l’analyse bactérienne. Le lit fluidisé peut aussi être utilisé comme plateforme de tests pour ligands pour la prise en charge de patientes souffrant de pré-éclampsie au cours de leur grossesse. Enfin un immuno-dosage de type ELISA a été réalisé entièrement dans ce système de lit fluidisé.Ces résultats montrent l’adaptabilité de ce système au-delà de ses capacités à travailler à haut débit, bas coût, en consommant peu d’échantillon, et avec une grande sensitivité.

To tackle new challenges in trace analysis, a new generation of microfluidic magnetic fluidized has been developed. This system is based on a suspension of magnetic beads inside a microfluidic channel. Particles are in suspension between two forces: the drag one created by the flow of liquid and the magnetic force due to addition of a permanent magnet to the system. In order to increase the flow rate of work, the height of the chip has been increased five times. We were able to work at 15 µL/min and the efficiency of the new system was improved by addition of a vibrator motor and a bimodal support. A proof of concept was performed on capture of biotin and DNA. A second part of my PhD work was dedicated to the application of the fluidized bed module for bioanalysis. First, extraction, pre-concentration and detection of bacteria on chip have been performed with a significant decrease of the limit of detection and of the time scale compared to usual methods. Then the system of fluidized bed was used as a platform to tests new ligands in order to perform a competitive bioassay in the context of preeclampsia. Finally, an ELISA was integrated on the fluidized bed with promising results.Those results proved the efficiency of the microfluidic magnetic fluidized bed to work as a module for extraction, pre-concentration and detection of target of low concentration.