Laboratoire sur puce pour la séparation et détection des particules à base de diélectrophorèse à basse tension

À mes deux petits anges À ma chère épouse À mes chers parents et soeur REMERCIEMENTS Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués au laboratoire de recherche en neurotechnologies Polystim de l' École Polytechnique de Montréal.Je tiens donc, à exprimer ma profonde gratitude au professeur Mohamad Sawan pour son encadrement, ses conseils et sa contribution à titre de directeur de cette thèse.J'adresse également mes sincères remerciements aux professeurs Yvon Savaria et Yves-Alain Peter de l'Ecole Polytechnique ainsi qu'au professeur Ion Stiharu de l'Université Concordia qui ont bien voulu accepter de prendre de leur temps pour l'évaluation de cette thèse.J'aimerais remercier tous les collaborateurs, avec qui j'ai travaillé durant la période de ma recherche, pour leur aide et leur échange de points de vue et conseils.Mes remerciements vont naturellement à mes collègues de laboratoire Polystim et aux techniciens du département de génie électrique pour leur précieux soutien technique.Dans ces moments importants, je pense très fort à ma famille ici et en Tunisie.Particulièrement mes parents, ma soeur, mes beaux parents, mon beau frère et mes belles soeurs pour leurs encouragements et leur support moral.Pour terminer, j'embrasse très fort mes deux enfants qui sont ma joie de vivre, ainsi que ma très chère épouse qui a partagé les hauts et les bas de mon doctorat et qui m'a soutenu et motivé par son amour.A tous un grand merci du fond du cœur.v R ÉSUM É Notre recherche est construite autour de la volonté de développer et d'élargir l'utilisation des laboratoires sur puce (LsP), d'y intégrer de nouvelles fonctions et de proposer des approches de modélisation plus rigoureuses.En effet, les travaux de pointe montrent que pour réaliser des modèles mimant le plus fidèlement possible les systèmes vivants, les LsP doivent évoluer des simples supports fonctionnalisés que sont les puces d'analyse et de séparation de l'ADN vers des systèmes intégrant davantage de fonctions.Pour ce faire, nous proposons tout d'abord un premier prototype d'un LsP comprenant des modules microélectroniques, microfluidiques, de communication radio fréquence et d'alimentation intégrée, pour la séparation des particules avec des validations in-vitro.Cette plateforme a pour objectif d'observer le comportement des particules face à une variation de la fréquence, de la phase ou de l'amplitude du champ électrique avec différentes architectures d'électrodes.De plus, étant programmable et reconfigurable, elle nous a permis de valider plusieurs concepts, notamment l'identification fréquentielle des micro et nanoparticules.Cette dernière représente notre principale contribution qui pourrait, éventuellement, ouvrir la porte à plusieurs recherches notamment celles portant sur l'identification des maladies neurodégénératives.Notre but étant d'offrir une grande flexibilité dans la modélisation, nous présentons une nouvelle approche pour modéliser les LsP dans laquelle le comportement des particules est modélisé en tenant compte de l'architecture des électrodes, des signaux appliqués et des propriétés biologiques du milieu.Cette première modélisation en son genre est une approche hybride combinant une modélisation par éléments finis à l'aide d'ANSYS et une implémentation d'un algorithme sur Matlab.Elle permet de calculer la position d'une particule dans un microcanal en se basant sur les résultats fournis par ANSYS.Cette modélisation présente de nombreux avantages dont notamment, la possibilité d'identifier l'emplacement d'une particule avec précision en 3D, en plus de valider la séparation des particules à travers toute la profondeur du microcanal, ce qui n'est pas possible en se basant uniquement sur les résultats expérimentaux.De plus, nous avons fabriqué le système complet avec une architecture 3D de 5 PCB, une plateforme microfluidique, un contrôle sans fil par Bluetooth et un bloc d'alimentation programmable et intégré dans un même microsystème.Toute la partie microélectronique du LsP a été implémentée sur une puce microélectronique fabriquée avec la technologie CMOS 0.18 µm de TSMC.Quant à l'architecture microfluidique, elle a été fabriquée avec les procédé Sensonit et Lionix.vi

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