Développement de circuits microfluidiques pour différentes applications : capteur optique de viabilité bactérienne et biocapteurs basés sur la détection électrique

SUJET STAGE M1 :
Développement de circuits microfluidiques pour différentes applications :
capteur optique de viabilité bactérienne et biocapteurs basés sur la détection électrique

Le domaine de la microfluidique sert pour de nombreuses applications mettant en jeu l’écoulement de fluide d’intérêt divers dans des canaux microfluidiques. Cela concerne la santé avec par exemple l’injection de médicaments par voie liquide, le diagnostic moléculaire in vitro mis en jeu dans les biocapteurs. L’environnement est également concerné avec le contrôle de la qualité des eaux. Le besoin se fait aussi de plus en plus ressentir dans l’agro-alimentaire où la détection de toxines ou bactéries dans des préparations liquides est crucial.
Plus particulièrement dans les biocapteurs, des canaux microfluidiques réalisés par exemple dans du PDMS permettent de faire cheminer des solutions liquides de très faibles volumes d’analyte à détecter vers les parties sensibles du biocapteur. Cela peut être suivi par une séquence de rinçage permettant de faire intervenir un autre analyte. Ainsi des évènements de reconnaissance successifs peuvent être obtenus en temps réel. Cette voie constitue une alternative bien plus prometteuse que la mesure en statique, plus communément utilisée, et où l’analyte à analyser est simplement mis en contact avec la partie sensible du biocapteur. Cela s’explique par le fait que la microfluidique constitue un vrai challenge technologique en termes de réalisation reproductible des différentes étapes de moulage du PDMS, d’adhérence du PDMS sur le biocapteur, sans compter la partie relative à la maitrise de l’écoulement des fluides dans des canaux dont les différents rapports de forme peuvent influer sur le résultat final.

Le laboratoire IMEP-LaHC collabore depuis trois années avec des spécialistes de biochimie pour développer un capteur intégré multiphysique de détection de pollutions dans des eaux de rivière ou des réseaux de collectivités. L’objectif est d’utiliser des bactéries comme indicateurs de ces pollutions. Les propriétés de permittivité et de conduction diffèrent entre les bactéries mortes ou vivantes. L’idée consiste donc à mesurer par impédancemétrie et interférométrie optique la viabilité d’une population bactérienne mise en contact de polluants. L’utilisation de canaux microfluidique en PDMS est une solution très intéressante pour ce genre de capteur car le PDMS est poreux à l’oxygène ce qui permet d’assurer une oxygénation correcte des bactéries.
Le capteur co-intègre des fonctions électrique et photonique sur un substrat de verre et de ce fait, l’adhérence de canaux microfluidiques sur ce type de substrat sera également étudié lors du stage. Le design du capteur est également conçu de sorte à être durable et facilement nettoyable.
Un objectif clé de ce stage sera donc également d’étudier des méthodes de nettoyage efficace des canaux microfluidiques. Sur ce point, des échanges avec les partenaires biochimistes permettront de tester des méthodes de nettoyage et de stérilisation compatibles avec les procédés employés en microbiologie.

Concernant l’application biocapteur, un dispositif d’arrivée de fluides différents, en provenance de l’entreprise Elverflow vers un dispositif microfluidique en PDMS est en cours de montage pour des biocpateurs de type NWFET (NanoWire Field Effect Transistors) en vue de la détection électrique d’espèces chargées (solution pH, solution d’ADN divers) (cf Figure).

L’objectif sera de finaliser le montage, d’effectuer les calibration et les premières mesures avec les doctorants. Celles devraient démontrer l’apport de la microfluidique sur les NWFETs et permettront d’optimiser les caractéristiques puis les performances de ces dispositifs fonctionnant en voie liquide en termes de sensibilité, limite de détection, réversibilité, sélectivité, stabilité et temps d’acquisition. Cela permettra de mettre en avant les difficultés rencontrées et de les résoudre en modifiant, par exemple, la géométrie de certains éléments de la cellule microfluidique.

Le stage se déroulera dans le cadre de la création de l’axe transverse Capteurs de l’IMEP-LaHC avec la mise en place d’une plate-forme dédiée à la microfluidique.

Durée du stage : 3 mois (salaire d’environ 550 Euros/mois)
Contacts :
Elise Ghibaudo (IMEP-LaHC – Grenoble)
Edwige Bano (IMEP–LaHC – Grenoble)
Valérie Stambouli (LMGP – Grenoble)

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