Etude de nouvelles architectures de laboratoires sur puces hyperfréquences intégrées sur CMOS pour les applications biomédicales

Discipline

Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Biocapteur RF, Oscillateurs verrouillés par injection, BiCMOS, Spectroscopie diélectrique

Mots-clés

Biocapteurs,

Oscillateurs radiofréquences,

BiCMOS,

Spectroscopie diélectrique large bande - Emploi en diagnostic

Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse concerne le développement, la conception et l’implémentation d’une architecture originale et innovante d’un biocapteur RF actif dédié à la spectroscopie diélectrique hyperfréquence. Le capteur développé est basé sur une détection capacitive. Il permet de détecter, d’analyser et de discriminer des échantillons biologiques mis sous test telles que des cellules cancéreuses, en suspension dans un canal microfluidique, en fonction de leurs propriétés diélectriques. Il est capable de mesurer les différences existantes entre elles avec une très haute sensibilité. Le système de détection développé est basé sur deux oscillateurs LC verrouillés par injection, fonctionnant à une fréquence proche de 5 GHz et intégré sur un substrat silicium en technologie BiCMOS SiGe:C 0,25 μm de IHP. Le fonctionnement du circuit a été validé en premier lieu avec des simulations électriques et post-layout. Le système de détection proposé est capable d’atteindre, en travaillant en mode faible injection, les performances requises en ce qui concerne la sensibilité de détection (de l’ordre de 2 ppm), ce qui permet de pouvoir à termes détecter et caractériser avec précision les propriétés diélectriques de cellules biologiques. Un banc de mesure dédié a été développé une fois le prototype fabriqué afin de caractériser le circuit. Les expérimentations ont démontré que le dispositif présente des résultats de mesures prometteurs qui concordent avec les simulations. Cela démontre le fort potentiel de l'approche proposée permettant à termes de pouvoir détecter et mesurer des différences entre les éléments biologiques d’une manière non invasive.