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Thèse Année : 2023

An approach based on the µ-vibration concept contributes to the characterization and objective analysis of physiological fluids

Une approche basée sur un concept µ-vibratoire pour contribuer à la caractérisation et l’analyse objective des fluides physiologiques

Résumé

In a world of continuous technological evolution, micro-electromechanical system (MEMS) sensors are becoming increasingly prominent in various fields such as biomedicine, the aerospace industry,and information and communication technologies. At the heart of this revolution, cantilever microbeams provide exceptional sensitivity, allowing the detection of minute physical variations. This thesis is dedicated to the design of a new cantilever microbeam sensor architecture aimed at optimizing their sensitivity and expanding their practical applications. The work undertaken focused on developing a theoretical model and experimental validation of a cantilever structure immersed in an incompressible Newtonian fluid, characterized by precise dimensions and an innovative design. The numerical part of the study allowed for testing the sensitivity of the proposed architecture against external loads, while the practical experiments involved the meticulous fabrication and assembly of the sensor components, including the integration of piezoelectric materials. Innovation does not stop here; the future envisions the incorporation of biochemical coatings for specific detection and the use of microfluidic techniques for real-time analysis, thereby marking a significant step forward in MEMS research and development. The quest for increased sensitivity in cantilever MEMS sensors has led us to the design and creation of an optimized structure, explored through this thesis work. The successful integration of the exponential architecture into the cantilever microbeam and the application of cutting-edge techniques in fabrication and numerical testing represent significant advancements in MEMS research. The results obtained open exciting prospects for the improvement and application of these sensors in complex environments. Future work, including the applicationof biochemical coatings and the development of microfluidic chambers, promises to further extend the scope of application and effectiveness of these sensitive devices. In summary, this thesis contributes to the advancement of science and technology in MEMS sensors, proposing innovative solutions for current and future challenges in fields requiring precise detection and increased sensitivity. It thus lays the groundwork for future developments that will undoubtedly benefit many scientific disciplines and industrial applications.
Dans un monde en constante évolution technologique, les capteurs micro électromécaniques (MEMS) prennent une place prépondérante dans divers domaines tels que la biomédecine, l’industrie aérospatiale et les technologies de l’information et de la communication. Au cœur de cette révolution, les micro-poutres cantilever offrent une sensibilité exceptionnelle, permettant la détection de variations physiques infimes. Cette thèse se consacre à la conception d’une nouvelle architecture de capteurmicro-poutres cantilever, visant à optimiser leur sensibilité et à étendre leurs applications pratiques. Le travail entrepris s’est focalisé sur l’élaboration d’un modèle théorique et la validation expérimentale d’une structure cantilever plongée dans un fluide newtonien incompressible, caractérisée par des dimensions précises et une conception innovante. La partie numérique de l’étude a permis de tester la sensibilité de l’architecture proposée face à des charges externes, tandis que les expériences pratiques ont impliqué la fabrication et l’assemblage minutieux des composants du capteur, y compris l’intégration de matériaux piézoélectriques. L’innovation ne s’arrête pas là ; l’avenir envisagel’incorporation de revêtements biochimiques pour la détection spécifique et l’utilisation de techniques microfluidiques pour une analyse en temps réel, marquant ainsi un pas en avant significatif dans la recherche et le développement des MEMS. La quête de sensibilité accrue dans les capteurs MEMS cantilever nous a menés à la conception et à l’élaboration d’une structure optimisée, explorée à travers ce travail de thèse. L’intégration réussie de l’architecture exponentielle dans la micro-poutre cantilever et l’application de techniques de pointe en fabrication et en tests numériques représentent des avancées significatives dans la recherche en MEMS. Les résultats obtenus ouvrent des perspectives fascinantes pour l’amélioration et l’application de ces capteurs dans des environnements complexes. Les futurs travaux, incluant l’application de revêtements biochimiques et le développement de chambres microfluidiques, promettent d’étendre encore davantage le champ d’application et d’efficacité de ces dispositifs sensibles.En résumé, cette thèse contribue à l’avancement de la science et de la technologie des capteurs MEMS, en proposant des solutions innovantes pour les défis actuels et futurs dans les domaines nécessitant une détection précise et une sensibilité accrue. Elle pose ainsi les bases pour les développements futurs qui bénéficieront sans aucun doute à de nombreuses disciplines scientifiques et applications industrielles.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04453566 , version 1 (12-02-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04453566 , version 1

Citer

Victory Elias. An approach based on the µ-vibration concept contributes to the characterization and objective analysis of physiological fluids. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Polytechnique Hauts-de-France, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPHF0044⟩. ⟨tel-04453566⟩
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