Conception et réalisation d'un biocapteur en utilisant l'impression par microcontact pour la détection du TNF-A dans la salive PDF Download
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Alors que les problèmes cardiaques restent l'un des problèmes majeurs de santé publique en France, de nouvelles techniques d'analyses voies le jour afin d'améliorer la qualité des soins par un dépistage plus efficace et si possible moins chère. Dans ce projet nous nous sommes concentrés sur l'insuffisance cardiaque et sur l'un de ses biomarqueurs caractéristique : le TNF-a dans la salive. Dans ce rapport, nous présentons donc une méthode simple pour la fabrication d'un biocapteur en utilisant l'impression microcontact pour détecter le TNF-a dans la salive pour les patients souffrant d'insuffisance cardiaque. Le biocapteur a été développé en utilisant l'impression par microcontact de TESUD 1% (v / v) sur du PDMS activé par plasma / O2. Des anticorps spécifiques au TNF-a ont été, ensuite, lié au substrat par imination avec l'aldéhyde du TESUD en solution basique et stabilisée avec du NaBH3CN. Pour surveiller le niveau critique de TNF-a, nous avons utilisé une technique de détection photoluminescente avec des anticorps secondaires détecté par microscopie à fluorescence. Le projet a abouti à la création d'un biocapteur souple en PDMS spécifique au TNF-a ; il reste cependant encore quelques caractéristiques à optimiser pout avoir un dispositif fonctionnel.
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Alors que les problèmes cardiaques restent l'un des problèmes majeurs de santé publique en France, de nouvelles techniques d'analyses voies le jour afin d'améliorer la qualité des soins par un dépistage plus efficace et si possible moins chère. Dans ce projet nous nous sommes concentrés sur l'insuffisance cardiaque et sur l'un de ses biomarqueurs caractéristique : le TNF-a dans la salive. Dans ce rapport, nous présentons donc une méthode simple pour la fabrication d'un biocapteur en utilisant l'impression microcontact pour détecter le TNF-a dans la salive pour les patients souffrant d'insuffisance cardiaque. Le biocapteur a été développé en utilisant l'impression par microcontact de TESUD 1% (v / v) sur du PDMS activé par plasma / O2. Des anticorps spécifiques au TNF-a ont été, ensuite, lié au substrat par imination avec l'aldéhyde du TESUD en solution basique et stabilisée avec du NaBH3CN. Pour surveiller le niveau critique de TNF-a, nous avons utilisé une technique de détection photoluminescente avec des anticorps secondaires détecté par microscopie à fluorescence. Le projet a abouti à la création d'un biocapteur souple en PDMS spécifique au TNF-a ; il reste cependant encore quelques caractéristiques à optimiser pout avoir un dispositif fonctionnel.
Author: Valérie Duplan Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 135
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Pendant que la menace potentielle du bioterrorisme augmente, il y a grand besoin d'un outil qui peut détecter les agents biologiques contaminants dans l'environnement de façon rapide, fiable et précise. Par contre, les méthodes traditionnelles utilisées nécessitent l'utilisation de laboratoires d'analyse sophistiquée, souvent dans des installations centralisées, ce qui demande un capital considérable et une main-d'oeuvre hautement qualifiée. Il est possible de développé des dispositifs basés sur les biocapteurs à faible coût et très efficace à la détection d'agents biologiques. De plus, ils peuvent être utilisés dans d'autres domaines, au jour le jour, tel pour la surveillance de contaminants dans les produits comestibles. Dans le but de résoudre ce problème, une nouvelle approche pour la fabrication d'un biocapteur optique a été développée. Celui-ci serait capable de détecter, de façon directe, des micro-organismes qui seraient immobilisés à sa surface plus rapidement et plus aisément qu'avec les méthodes conventionnelles. En effet, les expériences présentées visent la fabrication d'un biocapteur suite à la déposition de molécules biochimiques sur une hétérostructure de GaAs/ALGaAs. Le biocapteur ainsi produit tire parti de la photoluminescence émise par ce semi-conducteur quantique III-V pour la détection de microorganismes immobilisés spécifiquement et négativement chargés. La présente recherche est basée sur des techniques novatrices de biocapteurs pour lesquelles il existe peu de littérature. Les travaux expérimentaux et les explications théoriques se révèlent ainsi de nature très exploratoires. Les résultats préliminaires obtenus ont d'ailleurs été similaires aux prédictions initiales. De plus, les détails théoriques et explications physiques permettent de comprendre l'origine des résultats obtenus et d'établir, de manière convaincante, les procédures à suivre pour une architecture optimale. Je rapporte ainsi l'étude de la bio-fonctionnalisation du GaAs (001) visant l'immobilisation d'anticorps polyclonaux selon deux architectures différentes. De plus, les architectures proposées ont leurs régions actives ouvertes à l'environnement, pour permettre des mesures en continues et, en plus d'être des systèmes offrant la possibilité de multiplexage, offrent un potentiel de mesures en parallèle, pour un grand nombre de mesures en simultanées. Les résultats obtenus démontrent l'immobilisation réussie ainsi que la détection effectuée du virus de l' influenza A et des bactéries Escherichia coli et Legionella pneumophila respectivement. Enfin, les avantages et les limites de chaque architecture ont ensuite été détaillés.
Author: Sandie de Bonnault Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Malgré le nombre croissant de capteurs dans les domaines de la chimie et la biologie, de nombreuses réactions n'ont pas encore été correctement identifiées et étudiées. C'est entre autres le cas des interactions intermoléculaires à l'interface liquide/solide trouvées dans les chimies de surface utilisées pour les méthodes de diagnostics médicaux et l'identification de divers processus biologiques. Afin de correctement comprendre les mécanismes en jeux, il est important de pouvoir croiser différentes méthodes de détection pour obtenir des informations complémentaires.MuLe principal objectif de cette étude est de dimensionner, fabriquer et caractériser un détecteur optique intégré sur verre basé sur la résonance plasmonique de surface, destiné à terme à être combiné avec d'autres techniques de détection. La résonance plasmonique de surface est une technique reconnue pour sa sensibilité adaptée à la détection de surface, qui a l'avantage d'être sans marquage et permet de fournir un suivi en temps réel de la cinétique d'une réaction. L'avantage principal de ce capteur est qu'il a été dimensionné pour une large gamme d'indice de réfraction de l'analyte, allant de 1,33 à 1,48. Ces valeurs correspondent à la plupart des entités biologiques associées à leurs couches d'accroche, particulièrement les matrices de polymères. Ces matrices sont de plus en plus utilisées non seulement pour leur capacité à augmenter la densité d'analytes présents à la surface du capteur, mais aussi pour leurs propriétés favorisant l'adsorption spécifique et leur utilisation comme élément actif de reconnaissance biologique.Étant donné que beaucoup d'études biologiques nécessitent la comparaison de la mesure à une référence ou à une autre mesure, le second objectif du projet est d'étudier le potentiel du système SPR intégré sur verre pour la détection multianalyte.MuLes trois premiers chapitres se concentrent sur l'objectif principal du projet. Le dimensionnement du dispositif suivant un cahier des charges préétabli est présenté, ainsi que les outils de simulation. Le procédé de fabrication de la puce optique sur verre est ensuite décrit, ainsi que les instruments et protocoles de caractérisation. Une comparaison est faite entre les simulations et les résultats expérimentaux, et les performances des outils numériques ainsi que celles du dispositif sont évaluées.Le dernier chapitre de la thèse présente l'étude de plusieurs techniques de multiplexage spectral adaptées à un système SPR intégré, exploitant en particulier la technologie sur verre. L'objectif est de fournir au moins deux détections simultanées. Dans ce cadre, plusieurs solutions sont proposées et les dispositifs associés sont dimensionnés, fabriqués et testés.
Author: Arthur Luiz Alves de Araujo Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La connaissance des propriétés électromagnétiques des cellules peut fournir des signaux précoces de maladie ou de conditions anormales dans le corps humain pour des applications médicales. Combinée à des dispositifs microfluidiques, la spectroscopie d'impédance peut constituer un outil puissant pour le tri, l'analyse, le comptage et la discrimination de cellules. L'objectif principal de cette thèse est la caractérisation de cellules biologiques isolées par spectroscopie d'impédance. La conception et le développement d'un biocapteur à matrice d'électrodes coplanaires sont le second objectif de ce travail, l'idée étant in fine de pouvoir effectuer des mesures simultanées sur plusieurs cellules unitaires. La structure en forme de matrice d'électrodes permet d'augmenter le nombre de cellules mesurées lorsque le nombre d'électrodes augmente. Cependant, les pistes de connexion des électrodes peuvent réduire la variation d'impédance normalisée et ainsi augmenter la difficulté de mesurer les cellules entre les électrodes. Pour analyser les effets des pistes de connexion, proposer des améliorations et observer la faisabilité, nous avons d'abord utilisé une matrice simple 2x2. Avec cette structure, nous analysons de façon analytique, par simulation et par mesures expérimentales l'influence des pistes de connexion sur la bande de fréquence et sur la variation d'impédance normalisée. Pour réduire les effets de pistes de connexion, nous avons réduit leurs dimensions et nous avons montré l'avantage d'utiliser une couche d'isolant sur les pistes de connexion.
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Dans un avenir proche, les dispositifs de détection médicaux miniaturisés en temps réels (lab-on-chip) seront au centre de la révolution des méthodes de diagnostics médicaux et d’identification des processus biologiques et cela, autant au niveau clinique qu’au niveau de la recherche. Pour y arriver, il est important de développer des chimies de surface stables et spécifiques, ce qui demande une compréhension des interactions intermoléculaires à l’interface liquide/solide. Pour bien comprendre ces interactions, il est important de développer des instruments adaptés à la mesure près de l’interface liquide/solide des différentes caractéristiques à identifier. Ce projet de recherche présente la conception, la fabrication et les expériences tests d’un capteur multimodal pour l’identification de processus biologiques à l’interface basés sur des technologies de résonance des plasmons de surface (SPR) et de microcalorimérie. Ces deux technologies mises ensemble vont permettre d’effectuer des mesures de la cinétique des interactions ainsi que des caractéristiques thermodynamiques. En premier lieu, les caractéristiques d’une interaction intermoléculaire à l’interface d’une réaction d’hybridation d’ADN furent définies afin d’en déduire un cahier des charges pour les transducteurs. Suite à cela, la conception des transducteurs microcalorimétrique et SPR furent réalisés en tenant compte des contraintes de chacun des transducteurs. Suite à la conception théorique des différentes parties du capteur, un procédé de fabrication compatible avec les méthodes de fabrication standard de la microélectronique fut défini et testé. Afin de s’assurer de la fonctionnalité des dispositifs ainsi fabriqués, des tests de fonctionnalisation de surface furent appliqués sur les échantillons afin de tester la compatibilité du procédé de fonctionnalisation avec les méthodes de fabrication et avec une chimie de surface type. Pour terminer, un système de mélange actif fut testé et caractérisé avec le dispositif de microcalorimétrie afin de s’assurer qu’il était possible de mélanger les fluides avec les produits biologiques pour s’assurer de la qualité de la réaction de surface. Le système développé pourra être utilisé pour effectuer la mesure d’hybridation d’ADN à l’interface. Le système intègre deux modalités permettant la caractérisation en temps réel des interactions intermoléculaires à l’interface liquide/solide. Ce type de système permet la mesure de la cinétique de différents modèles biologiques tels que les puces à sucre encore certains récepteurs cellulaires ou la mesure de conformation moléculaire à l’interface. Des mesures d’oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase sont montrées.
Author: HELENE.. TAP Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 180
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LES DOMAINES DU GENIE BIOLOGIQUE ET MEDICAL SONT CONSIDERES COMME ETANT, A TERME, L'UN DES SECTEURS PRIVILEGIES D'APPLICATION DES MICROSYSTEMES. CE MEMOIRE TRAITE DE LA REALISATION D'UN BIOCAPTEUR ELECTROCHIMIQUE DE FAIBLE COUT, PRET A L'EMPLOI, PERMETTANT LE DOSAGE D'UN GRAND NOMBRE DE SUBSTRATS (LACTATE, MALATE, ETHANOL, PYRUVATE) ET UTILISABLE DANS DES SECTEURS D'APPLICATION TRES DIVERSIFIES PAR DES NON-SPECIALISTES DE L'ANALYSE CHIMIQUE. CE BIOCAPTEUR A DETECTION AMPEROMETRIQUE EST DEVELOPPE EN TECHNOLOGIE MICROELECTRONIQUE OU COMPATIBLE. LE PRINCIPE DE MESURE, DONT L'EFFICACITE A DEJA ETE MONTREE SUR DES CAPTEURS CONVENTIONNELS, PERMET DE S'AFFRANCHIR DE L'UTILISATION D'UNE ELECTRODE DE REFERENCE ET ASSURE UNE BONNE SELECTIVITE. LE SYSTEME ENZYMATIQUE EST CONFINE EN SOLUTION AQUEUSE AU VOISINAGE DE L'ELECTRODE DE TRAVAIL PAR UNE MEMBRANE SEMI-PERMEABLE. AFIN D'ETABLIR LE SCHEMA D'UNE STRUCTURE REPONDANT AU PLUS JUSTE A CES SPECIFICATIONS, LE BILAN DE TOUT CE QU'ELLES IMPOSENT DU POINT DE VUE DE LA GEOMETRIE, DES MATERIAUX, DU DIMENSIONNEMENT ET DE LA METHODOLOGIE SONT TOUT D'ABORD ETABLIS. LE PROCEDE DE FABRICATION AINSI QUE LES CARACTERISATIONS PHYSICO-CHIMIQUES QUI ONT PERMIS DE VALIDER LES CHOIX, SONT ENSUITE PRESENTES. LA MANIERE DONT LES TECHNIQUES DE LA MICROELECTRONIQUE SONT ADAPTEES A LA FABRICATION DU DISPOSITIF AINSI QUE LES TECHNOLOGIES NOUVELLES MISES AU POINT, NOTAMMENT LE CONFINEMENT DU SYSTEME ENZYMATIQUE EN SOLUTION, SONT DETAILLEES. LES BIOCAPTEURS SONT TESTES ET LEURS PERFORMANCES COMPAREES A LA BIBLIOGRAPHIE ET AUX DISPOSITIFS REALISES EN TECHNOLOGIE TRADITIONNELLE. LES RESULTATS SONT SATISFAISANTS ET PERMETTENT D'OUVRIR DES PERSPECTIVES QUANT A LA REALISATION DE MICROSYSTEMES D'ANALYSES MEDICALES OU DE CONTROLE DE PROCEDES AGROALIMENTAIRES.
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Dans cette thèse on se propose d'élaborer un biocapteur des anticorps spécifiques (lgG) anti β-caséine, correspondant à la protéine antigénique β-caséine, présente en forte quantité dans lait de bovins. Ce biocapteur doit être simple, efficace, avec un fort pouvoir de détection vis-à-vis des anticorps cités et avoir une certaine tenue dans le temps. La β-caséine est un allergène et son mode préparatoire va servir à l'élaboration d'un biocapteur des anticorps IgE anti β-caséine. Pour l'élaboration du biocapteur, parmi différentes voies exploratoires, nous avons retenu le substrat en verre qui comporte les fonctions réactives àsa surface: les silanols. Après une première fonctionnalisation du verre avec le y-aminopropyltriethoxysilane, via le glutaraldéhyde, la β-caséine est fixée sur le verre par des liaisons covalentes et le biocapteur est réalisé. Il présente une simplicité, une maniabilité, une sensibilité, un fort pouvoir de détection vis-à-vis des anticorps anti β-caséine et une très bonne tenue dans le temps. Les différents paramètres ayant une influence sur l'élaboration et le fonctionnement du biocapteur ont été étudiés et optimisés dans cette thèse. L'étude a montré que nous avons obtenu un biocapteur prometteur.
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In this thesis, we present different discrete and integrated electrochemical biosensors. All these designed potentiostats are based on fully-differential architecture to enhance sensitivity and accuracy. Two complete single channel and four-channel discrete designs were fabricated. The single channel discrete design imaged the dopamine neurotransmitter with the sensed current of approximately low nano-ampere and power consumption of 120 mW implemented on a 20 x 35 mm PCB. The four-channel discrete design was the improved version of previous one in terms of area, sensitivity and power consumption. The 15 x 15 mm PCB was able to measure the reduction-oxydation currents in the range of high pico-ampere while consuming 60 mW. The advantage of the multichannel architecture is to provide a system with different sensitivity going from pA to mA for each channel. A microfluidic 7.5 x 5 mm chamber with two inlets and one outlet was bonded to the PCB. A phosphate buffered saline (PBS) with ferrocyanide solution was used to test the functionality of the implemented system. Cyclic voltammetry has been used as a detection technique. A linear behavior had been observed when the neurotransmitter concentration changed. An integrated CMOS potentiostat was designed and fabricated in 180 nm technology based on a fully-differential-difference architecture for a low power consumption and also high sensitivity system. This new architecture was designed in order to sense ultra-low concentration of neurotransmitters with low noise and high dynamic range. This integrated design was able to image currents in the range of sub-pA with low input-referred noise of 6.9 μVrms while consuming only 53.9 μW. The proposed potentiostat is dedicated for implantable devices with low power consumption and high sensitivity and linearity.
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Nous avons developpé les concepts nécessaires à la réalisation d'un biocapteur sans modulation pour la mesure d'une concentration de molécules non marquées. Le principe de sélectivité repose sur les réactions spécifiques ligand-récepteur dont l'omniprésence dans le domaine du vivant augure d'une multitude d'applications. Une attention particulière est apportée à l'optimisation de la sensibilité. A cette fin l'ensemble des phénomènes optiques et biochimiques impliqués sont pris en considérations. Leur interaction est modélisée par une transposition de la méthode EMA au domaine des biocapteurs optiques. Des contraintes déterminées par l'application envisagée, sur la structure du capteur sont énoncées pour se dispenser de modulation sans ambiguïté de mesure. Ces considérations sont appliquées à la conception d'un biocapteur pour la mesure in situ et in vivo de la perméabilité capillaro-alvéolaire. Les structures de la fenêtre sensible et du transducteur sont déterminées pour répondre précisément aux critères de l'application et mener à une détection sans modulation.
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Ce travail de doctorat a permis de développer un biocapteur dédié à l'analyse de l'activité hydrolytique d'une enzyme sur un composant de la paroi végétale, l'arabinoxylane, dans un contexte où le nombre d'enzymes à tester augmente.Ce biocapteur permet non seulement de détecter une enzyme active mais également de classer son activité hydrolytique au sein d'un ensemble d'enzyme. L'identification est réalisée simplement à l'œil nu mais le classement nécessite une observation instrumentée. Des techniques de micro-fabrication sont utilisées pour dispenser de manière précise l'arabinoxylane sur un support. La composition de la solution à base d'arabinoxylane a été optimisée afin d'assurer sa stabilité ainsi que l'uniformité de l'épaisseur du dépôt solide. L'influence de la mouillabilité du support est également étudiée. Notre suivi permet de détecter l'hydrolyse enzymatique et de quantifier le taux d'hydrolyse. La fonctionnalité du biocapteur est validée avec une xylanase commerciale par comparaison avec une technique standard en enzymologie utilisant un substrat colorimétrique. Ce nouvel outil a également été évalué sur des enzymes issues de clonage métagénomique. Son seuil de sensibilité est de 3 nkat/ml, comparable aux autres techniques mais permet de diviser par deux le temps d'analyse.
Author: Alexi Bonament
Author: Alexi Bonament
Author: Valérie Duplan
Author: Sandie de Bonnault
Author: Arthur Luiz Alves de Araujo
Author: Rémy Béland
Author: HELENE.. TAP
Author: Alexandros Antoniou
Author: Elnaz Ghodsevali
Author: Pierre-Olivier Bagnaninchi
Author: Sébastien Lamant