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Article

Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Lundi 13 janvier 2020 : Soutenance de thèse de Arthur Luiz ALVES DE ARAUJO : Conception et réalisation d'un biocapteur à matrice d’électrodes pour la caractérisation de milieux biologiques par spectroscopie d’impédance

 Arthur Luiz ALVES DE ARAUJO, doctorant au sein de l'équipe "Mesures et architectures électroniques" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Conception et réalisation d'un biocapteur à matrice d’électrodes pour la caractérisation de milieux biologiques par spectroscopie d’impédance"

 

Date et lieu :
Lundi 13 janvier 2020 à 9h
Campus Artem
Amphithéâtre 100

 

 

Composition du jury :

Rapporteurs :

- M Vincent Senez
DR CNRS, IEMN Lille

- Mme Rosaria Ferrigno
Professeure, Université de Lyon

Examinateurs :

- Mme Sylvie Renaud
Professeure, INP Bordeaux

- M Djilali Kourtiche
Professeur, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

Directeur de thèse :

- M Mustapha Nadi
Professeur, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

Co-Directeur de thèse :

- M Julien Claudel
MCU, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

 

Résumé :
Conception et réalisation d'un biocapteur à matrice d’électrodes pour la caractérisation de milieux biologiques par spectroscopie d’impédance

La connaissance des propriétés électromagnétiques des cellules peut fournir des signaux précoces  de  maladie  ou  de  conditions  anormales  dans  le  corps  humain  pour  des  applications médicales.  Combinée  à  des  dispositifs  microfluidiques,  la  spectroscopie  d'impédance  peut constituer un outil puissant pour le tri, l'analyse, le comptage et la discrimination de cellules. L’objectif  principal  de  cette  thèseest  la  caractérisation  de  cellules  biologiques  isolées  par  spectroscopie d’impédance . La conception et le développement d’un biocapteur à matrice d’électrodes coplanaires sont  le  second  objectif  de  ce  travail,  l’idée  étant in  finede  pouvoir  effectuer des  mesures simultanées  sur  plusieurs  cellules  unitaires.  La  structure  en  forme  de  matrice  d’électrodes permet d’augmenter le nombre de cellules mesurées lorsque le nombre d’électrodes augmente. Cependant,  les  pistes  de  connexion  des  électrodes  peuvent  réduire  la  variation  d’impédance normalisée  et  ainsi  augmenter  la  difficulté  de  mesurer  les  cellules  entre  les  électrodes.  Pour analyser les effets des pistes de connexion, proposer des améliorations et observer la faisabilité, nous  avons  d’abord  utilisé  une matrice  simple  2x2.  Avec  cette  structure,  nous  analysons  de façon  analytique,  par  simulation  et  par  mesures  expérimentales  l’influence  des  pistes  de connexion sur la bande de fréquence et sur la variation d’impédance normalisée. Pour réduire les  effets  de pistes  de  connexion,  nous  avons  réduit  leurs  dimensions  et  nous  avons  montré l’avantage d’utiliser une couche d’isolant sur les pistes de connexion.

Mots clés : Spectroscopie  d’impédance,   biocapteur,   électrodes   coplanaires,   matrice d’électrodes, microfluidique et cellules unitaires

 

Abstract :

Design of an electrode matrix biosensor for the characterization of biological mediums by impedance spectroscopy

Knowledge  of  the  electromagnetic  properties  of  cells can  provide  early  signals  of disease  or  abnormal  conditions  in  the  human  body  for  medical  applications.  In  combination with  microfluidic  devices,  impedance  spectroscopy  can  be  a  powerful  tool  for  sorting, analyzing,  counting  and  discriminating  cells.  The  main  objective  of  this  thesis  is  the characterization   of   isolated   biological   cells   by   measurement   of   unit-scale   impedance spectroscopy and thus to be able to characterize them, in this thesis project we have done.The  design  and  development  of  a  coplanar  electrode  matrix  biosensor  are  the  second objective  of  this  work,  the  idea  being  ultimately  to  be  able  to  perform  simultaneous measurements on several unit cells. The electrode matrix-shaped structure makes it possible to increase  the  number  of  cells  measured  as  the  number  of  electrodes  increases.  However,  the electrode lead tracks can reduce the normalized impedance variation and thereby increase the difficulty in measuring cells between the electrodes. To analyze the effects of the connection tracks, propose improvements and observe the feasibility,  we first used a  simple 2x2 matrix. With this structure, we analyze analytically, by simulations and by experimental measurements, the influence of the connection tracks on the frequency band and on the standardized impedance variation. To reduce the effects of connection tracks, we have reduced their dimensions as well and we have used shown the advantage of using an insulator layer on the connection tracks.

Keywords : Impedance  spectroscopy,  biosensors,  coplanar electrodes,  electrode  matrix,  microfluidic, single cells