Integration and optimisation of DNA separation processes
Intégration et optimisation de procédés de séparation d'ADN
Résumé
This manuscript describes and discusses the integration of instrumentation hardware for the µLAS system, for the optimization of the analysis and separation of DNA molecules. First, we will discuss separation techniques, their approaches and strategies. And we will try to answer this question which is asked when a species migrates: how to characterize the competition between forced advection and natural diffusion? To optimize and improve the performance of the various separation technologies thus mentioned, it is necessary to introduce the issues inherent in each. Because there is indeed a wide range of actuation means that cause molecules to migrate in multiple ways: by hydrodynamics, by electrophoresis or even techniques combining the two approaches. Then we will introduce the µLAS technology and in what technological context it is placed. We will present the physical principles that govern the different stages of the technology's operation (concentration and separation). We will then approach the developments carried out during this thesis work on a temporal separation mode which involves a new chip model. Finally, we will show the development work, both in technological manufacturing and also in software intelligence, to set up slope engravings in silicon and thus enrich the µLAS system. Then we will introduce the instrumentation work carried out throughout these 3 years on a dedicated experimental bench. This chapter will be organized to introduce an uninformed reader to the basics and issues inherent in programming, instrumentation and automation of systems controlled by LabVIEW. We will use these bases to present the platform thus developed to pilot µLAS experiments. Finally, such a system needs to be characterized because it involves many players: computer and mechanical tools. Finally, we will present the separation results obtained using the fully integrated and automated µLAS platform. The analysis of these results raised questions and at the same time a study of the dynamic dispersion of DNA bands. We will end with some prospects for improvement, mentioned during the manuscript.
Ce manuscrit décrit et discute de l'intégration de matériel d'instrumentation pour le système µLAS, pour l'optimisation de l'analyse et de la séparation de molécules d'ADN. Dans un premier temps nous aborderons les techniques de séparations, leurs approches et stratégies. Et nous essaierons de répondre à cette question qui est posée quand une espèce migre : comment caractériser la compétition entre advection forcé et diffusion naturelle ? Pour optimiser et améliorer les performances des différentes technologies de séparation ainsi évoquées, il est nécessaire d'introduire les problématiques inhérentes à chacune. Car en effet il existe un large panel de moyens d'actionnements qui font migrer des molécules de multiples façon : par l'hydrodynamique, par l'électrophorèse ou encore des techniques mixant les deux approches. Ensuite nous introduirons la technologie µLAS et dans quel contexte technologique elle se place. Nous présenterons les principes physiques qui régissent les différentes étapes de fonctionnement de la technologie (concentration et séparation). Nous aborderons alors les développements réalisés lors de ce travail de thèse sur un mode de séparation temporel qui implique un nouveau modèle de puce. Enfin nous montrerons le travail de développement, à la fois de fabrication technologique mais aussi d'intelligence logicielle, pour mettre en place des gravures de pentes dans du silicium et ainsi enrichir le système µLAS. Puis nous introduirons le travail d'instrumentation réalisé tout au long de ces 3 ans sur un banc d'expérimentation dédié. Ce chapitre sera organisé de façon à introduire un lecteur non averti aux bases et problématiques inhérent à la programmation, à l'instrumentation et à l'automatisation de systèmes pilotables par LabVIEW. Nous nous servirons de ces bases pour présenter la plateforme ainsi développée pour piloter des expérimentations µLAS. Enfin un tel système nécessite d'être caractérisé car il fait intervenir de nombreux acteurs : des outils informatiques et mécaniques. Enfin nous présenterons les résultats de séparation obtenus grâce à la plateforme µLAS complètement intégrée et automatisée. L'analyse de ces résultats a soulevé des questions et par la même occasion une étude de la dispersion dynamique des bandes d'ADN. Nous terminerons par quelques perspectives d'amélioration, évoquées durant le manuscrit.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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