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Bettamin, Luca. Plate-forme de nano-dispositifs pour le suivi de l'activité neuronale au niveau de la cellule individuelle

Bettamin, Luca (2021). Plate-forme de nano-dispositifs pour le suivi de l'activité neuronale au niveau de la cellule individuelle.

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Résumé en francais

Historiquement, l'électrophysiologie a commencé entre les années 1600 et 1700. L'électrophysiologie moderne est en grande croissance en raison du manque de compréhension mécanismes de base des cellules électrogéniques. Ce projet vise le développement d'une plateforme qui ouvre les possibilités d'étudier ces mécanismes. Les cellules analysées sont des neurones. Différentes approches ont été adoptés pour étudier ces cellules, principalement divisées en technologies in vivo et in vitro. La plateforme développée est considérée comme faisant partie des technologies in vitro, avec des avantages apportés par la micro-fabrication. Des dispositifs à la pointe de la technologie sont présentés avec des solutions créées pour obtenir de multiples possibilités de détection. Les objectifs du projet sont divisés en trois domaines : l'étude des performances du dispositif et la possibilité de détection multi-physique ; la réalisation de l'interfaçage subcellulaire et de l'axogenèse; modélisation théorique du système et investigation de questions biologiques. Le procédé de micro-fabrication compatible à grande échelle de la bio-plateforme est présenté. Les étapes principales pour la cointégration de différents types de capteurs sont expliquées. Une description complète de toutes les étapes pour obtenir une plateforme fonctionnelle est faite. Le procédé de micro-fabrication comprend la photolithographie classique et par projection, DRIE, gravure humide, CVD, PECVD, ALD et RTA. La réalisation des FinFETs est expliquée. Le procédé est effectué sur un substrat SOI de 4 pouces. Une étude sur les techniques d'assemblage a été réalisée. Le report de puce où les connexions des électrodes sont obtenues avec des bump d'or est remplacée par l'utilisation de pâte à braser par sérigraphie permet l'obtention de connexions plus fiables et une solution plus rentable. La théorie du potentiel de champ électrique est présentée pour les électrodes nanostructures de la bio-plateforme. Un circuit électrique équivalent s'est avéré être un modèle précieux pour le système via la caractérisation par spectroscopie d'impédance électrochimique des électrodes et l'ajustement des données avec simulation à partir du modèle. L'utilisation de dispositifs FinFET comme capteurs de pH est expliquée. Une caractérisation détaillée de ces dispositifs a été réalisée et l'analyse comparant différentes conditions et matériaux est présentée. L'obtention d'un niveau de contrôle subcellulaire et d'interfaçage entre les cellules et les électrodes est un sujet largement étudié dans la recherche moderne. Le protocole spécifique pour la culture des neurones primaire de rat est décrit. Différentes solutions pour guider la croissance cellulaire sont discutées : structuration topographique ; fonctionnalisation de surface ; micro-canaux. L'utilisation de micro-canaux a été la solution choisie pour le contrôle de la croissance axonale. Deux méthodes différentes pour obtenir ces micro-canaux sont présentées. Le premier comprend une étape de photolithographie qui tire parti des effets optiques de lithographie par projection pour structurer la résine photosensible SU-8. Le second est basé sur l'utilisation du PDMS, un polymère classique largement utilisé en micro fluidique. Les deux méthodes présentent certains avantages et inconvénients qui sont discutés. Enfin, pour réaliser des enregistrements électriques d'une culture neuronale, une configuration dédiée est nécessaire. Des exemples d'enregistrements électriques spontanés sont présentés, avec une discussion sur les performances de l'ensemble du système. Le modèle équivalent électrique est montré et le rôle de chaque élément est décrit. Un script MATLAB a été écrit pour effectuer de la détection de pics et extraire des informations concernant les tendances statistiques. Pour conclure, les résultats des études biologiques sont présentés, l'effet de facteurs comme celle du peptide amyloide Beta ou le Borna Virus sur l'activité électrique du réseau cellulaire est discuté.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Larrieu, Guilhem
Dunia, Daniel
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :Electrophysiologie - Bio plateforme - Micro-fabrication - Multi-détection - Interfaçage subcellulaire - Amyloid bêta peptide - Borna disease virus
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :03 Nov 2021 09:40