Capteurs RF pour la caractérisation diélectrique de solutions et de particules à l'échelle micrométrique : Application aux biopuces à cellules - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

RF sensors for microscopic dielectric analysis of solutions and particles : Application to cell biochips

Capteurs RF pour la caractérisation diélectrique de solutions et de particules à l'échelle micrométrique : Application aux biopuces à cellules

Alaeddine Landoulsi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1250150
  • IdRef : 195954181

Résumé

The proposed work deals with the development and characterization of label-free microfluidic biosensors dedicated to the microwave dielectric spectroscopy of small volumes (few nL) and flowing micro-scale particles (about tens of µm). Microwave dielectric spectroscopy offers unique capabilities to investigate intracellular properties of biological cells, which are informative on many biological processes. The sensing principle is based on a capacitive detection which present the main advantage to able achieving broadband analysis (typically 400 MHz to 8 GHz in this work). Thick gold metal electrodes have been investigated to perform high sensitive analysis ensuring a homogeneous electric field in the detection area. A microfluidic system has been implemented over the RF circuit so that flowing liquid minimally impacts global losses of the system and has hence a limited effect on sensor sensitivity. After a calibration step, the detection and analysis capabilities of the proposed microfluidic sensors have been demonstrated on different solutions. The real part of their relative permittivity has been extracted and compared both to literature and measurements achieved with a commercial coaxial probe. Then, the feasibility of using such broadband sensors to analyze flowing micro-particles in the microfluidic channels has been studied. After electromagnetic simulations, experiments have allowed measuring capacitance contrasts around 1 fF at 5 GHz which is highly competitive with the current state-of-the-art. Finally, preliminary experimentations have been achieved on cancerous cells. The presented results demonstrate the high potential of the proposed approach to develop new label-free analysis tools with a large application range, either in the diagnosis or treatment fields.
Les travaux de thèse proposés concernent le développement et la caractérisation de biocapteurs microfluidiques dédiés à la spectroscopie diélectrique microondes sur de petits volumes de liquides (quelques nL) et des particules micrométriques (typiquement la dizaine de µm). La spectroscopie diélectrique microonde offre des capacités uniques pour étudier les propriétés intracellulaires de cellules biologiques qui sont connues pour être représentatives de nombreux processus biologiques. Le capteur est basé sur une détection capacitive qui présente l’intérêt majeur d’être large bande (typiquement 400 MHz à 8 GHz dans ces travaux). Des électrodes métalliques épaisses en or ont été optimisées pour garantir un champ électrique homogène dans la zone de détection. Un système microfluidique a été implémenté sur le circuit RF pour que le liquide à analyser ait un impact minimal sur les pertes global du dispositif de façon à conserver une bonne sensibilité de détection. Après une étape de calibration, les performances de détection et d'analyse des capteurs microfluidiques proposés ont été démontrées sur différentes solutions. La partie réelle de leur permittivité relative a été extraite et comparée à la fois à la littérature et à des mesures réalisées avec une sonde coaxiale commerciale. Puis la faisabilité d’utiliser de tels capteurs large bande pour analyser des particules micrométriques circulant dans les canaux microfluidiques a été étudiée. Après une étude par simulations électromagnétiques, des expérimentations ont permis de mesurer des contrastes capacitifs autour de 1 fF à 5 GHz ce qui est très compétitif par rapport à l’état de l’art actuel. Finalement, des tests préliminaires ont été réalisés sur des cellules cancéreuses. Les résultats présentés démontrent le fort potentiel de l'approche proposée pour développer de nouveaux outils d'analyse sans marquage avec une large gamme d'applications, que ce soit dans les domaines du diagnostic ou du traitement.
Fichier principal
Vignette du fichier
2016LIMO0058.pdf (4.98 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04081096 , version 1 (25-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04081096 , version 1

Citer

Alaeddine Landoulsi. Capteurs RF pour la caractérisation diélectrique de solutions et de particules à l'échelle micrométrique : Application aux biopuces à cellules. Electronique. Université de Limoges, 2016. Français. ⟨NNT : 2016LIMO0058⟩. ⟨tel-04081096⟩
10 Consultations
15 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More