Capteurs RF pour la caractérisation diélectrique de solutions et de particules à l'échelle micrométrique : Application aux biopuces à cellules

Discipline

Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Capteur capacitif, Spectroscopie diélectrique, Microondes, Microfluidique

Mots-clés

Biocapteurs,

Microfluidique,

Spectroscopie diélectrique large bande,

Micro-ondes

Les travaux de thèse proposés concernent le développement et la caractérisation de biocapteurs microfluidiques dédiés à la spectroscopie diélectrique microondes sur de petits volumes de liquides (quelques nL) et des particules micrométriques (typiquement la dizaine de µm). La spectroscopie diélectrique microonde offre des capacités uniques pour étudier les propriétés intracellulaires de cellules biologiques qui sont connues pour être représentatives de nombreux processus biologiques. Le capteur est basé sur une détection capacitive qui présente l’intérêt majeur d’être large bande (typiquement 400 MHz à 8 GHz dans ces travaux). Des électrodes métalliques épaisses en or ont été optimisées pour garantir un champ électrique homogène dans la zone de détection. Un système microfluidique a été implémenté sur le circuit RF pour que le liquide à analyser ait un impact minimal sur les pertes global du dispositif de façon à conserver une bonne sensibilité de détection. Après une étape de calibration, les performances de détection et d'analyse des capteurs microfluidiques proposés ont été démontrées sur différentes solutions. La partie réelle de leur permittivité relative a été extraite et comparée à la fois à la littérature et à des mesures réalisées avec une sonde coaxiale commerciale. Puis la faisabilité d’utiliser de tels capteurs large bande pour analyser des particules micrométriques circulant dans les canaux microfluidiques a été étudiée. Après une étude par simulations électromagnétiques, des expérimentations ont permis de mesurer des contrastes capacitifs autour de 1 fF à 5 GHz ce qui est très compétitif par rapport à l’état de l’art actuel. Finalement, des tests préliminaires ont été réalisés sur des cellules cancéreuses. Les résultats présentés démontrent le fort potentiel de l'approche proposée pour développer de nouveaux outils d'analyse sans marquage avec une large gamme d'applications, que ce soit dans les domaines du diagnostic ou du traitement.