A Label Free CMOS-Based Smart Petri Dish for Cellular Analysis

Le dépistage de culture cellulaire à haut débit est le principal défi pour une variété d'applications des sciences de la vie, y compris la découverte de nouveaux médicaments et le suivi de la cytotoxicité. L'analyse classique de culture cellulaire est généralement réalisée à l'aide de techniques microscopiques non-intégrées avec le système de culture cellulaire. Celles-ci sont laborieuses spécialement dans le cas des données recueillies en temps réel ou à des fins de surveillance continue. Récemment, les micro-réseaux cellulaires in-vitro ont prouvé de nombreux avantages dans le domaine de surveillance des cellules en réduisant les coûts, le temps et la nécessité d'études sur des modèles animaux. Les microtechniques, y compris la microélectronique et la microfluidique,ont été récemment utilisé dans la biotechnologie pour la miniaturisation des systèmes biologiques et analytiques. Malgré les nombreux efforts consacrés au développement de dispositifs microfluidiques basés sur les techniques de microscopie optique, le développement de capteurs intégrés couplés à des micropuits pour le suivi des paramètres cellulaires tel que la viabilité, le taux de croissance et cytotoxicité a été limité. Parmi les différentes méthodes de détection disponibles, les techniques capacitives offrent une plateforme de faible complexité. Celles-ci ont été considérablement utilisées afin d'étudier l'interaction cellule-surface. Ce type d'interaction est le plus considéré dans la majorité des études biologiques. L'objectif de cette thèse est de trouver des nouvelles approches pour le suivi de la croissance cellulaire et la surveillance de la cytotoxicité à l'aide d'un réseau de capteurs capacitifs entièrement intégré. Une plateforme hybride combinant un circuit microélectronique et une structure microfluidique est proposée pour des applications de détection de cellules et de découverte de nouveaux médicaments. Les techniques biologiques et chimiques nécessaires au fonctionnement de cette plateforme sont aussi proposées. La technologie submicroniques Standard complementary metal-oxide-Semiconductor (CMOS) (TSMC 0.35 μm) est utilisée pour la conception du circuit microélectronique de cette plateforme. En outre, les électrodes sont fabriquées selon le processus CMOS standard sans la nécessité d'étapes de post-traitement supplémentaires. Ceci rend la plateforme proposée unique par rapport aux plateformes de dépistage de culture cellulaire à haut débit existantes. Plusieurs défis ont été identifiés durant le développement de cette plateforme comme la sensibilité, la bio-compatibilité et la stabilité et les solutions correspondantes sont fournies.