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14/12/2020 - Marion COSTELLA

par Laurent Krähenbühl - publié le

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Marion Costella soutient sa thèse le 14/12/2020 à 14:00.
Lieu : En raison des conditions sanitaires, la soutenance aura lieu en visio

Transport de masse actif en volume par diélectrophorèse et électro-osmose pour dépasser la limite de diffusion dans les capteurs plasmoniques

Jury :
Rapporteurs :
Membres : M-C. Julien (Rennes 1), A-C. Salaün (IETR, Rennes 1), L. Leroy (Univ. Grenoble Alpes), J. Moreau (IOGS), M. Canva (LN2, Sherbrooke).
Encadrement : P. Simonet, M. Frénéa-Robin (Ampère)

Résumé :
Les biocapteurs sont des instruments permettant de détecter la présence d’objets biologiques (bactéries, cellules…) ou biochimiques (protéines, ADN…) dans un échantillon. Les biocapteurs à résonance plasmon de surface utilisent une onde électromagnétique évanescente pour détecter des interactions moléculaires ou la présence d’objets à la surface d’un film métallique. L’ajout d’une fonctionnalisation chimique sur ce film métallique permet l’adhérence et donc la capture spécifique des espèces biologiques ou biochimiques d’intérêt. Cette technique permet une détection sensible, en temps réel et sans marquage, ce qui lui confère trois avantages clés par rapport à d’autres techniques disponibles. Ces dernières années, ces capteurs se sont perfectionnés, et leur sensibilité est désormais proche de leur limite théorique.
Cependant, la capacité d’un capteur à détecter des objets à faible concentration ne dépend pas seulement de ses performances intrinsèques, mais aussi du transport de masse des espèces. Une espèce chimique ou biologique ne sera détectée que si elle s’approche suffisamment du film métallique, ce qui peut prendre énormément de temps lorsque les concentrations sont infimes. Ainsi, le temps de détection sera toujours limité par la diffusion.
Pour pallier ce problème, il est possible d’agir sur le transport de masse des espèces de manière à les rapprocher de la surface de détection. La thèse de Quentin Avenas [1] a montré que le transport de masse peut être activé soit en créant une force qui attire les objets à détecter, soit en créant un flux les entraînant vers la surface de détection. Ce projet de doctorat s’inscrit dans la continuité de ces travaux. L’objectif est d’utiliser des champs électriques pour créer des phénomènes électro-hydrodynamiques favorables à la détection de particules (telles que des billes de latex utilisées comme modèle dans un premier temps), puis d’optimiser le design des puces développées pour obtenir un piégeage le plus efficace possible. Les phénomènes électrocinétiques mis en jeu seront simulés grâce au logiciel multiphysique COMSOL.
Dans un deuxième temps, le capteur conçu sera testé pour la détection d’objets biologiques tels que des bactéries dans de l’eau, la surveillance de l’eau représentant un enjeu de santé publique majeur. Pour capturer sélectivement des bactéries, il sera nécessaire d’utiliser une chimie de surface qui permette d’immobiliser un élément de reconnaissance (un anticorps) sur la surface sensible du capteur. Enfin, la réponse du capteur en fonction de la concentration de bactéries sera caractérisée.

Mots-clés : Résonance plasmon de surface, diélectrophorèse, électro-osmose, bio-capteur