Portable 3D Interferometric Microscopy for Microfluidic-Based Platforms

Ce projet de maitrise s'intitule dans le cadre de la technologie des Organes-sur-puces visant comme perspective l'examen de médicaments. Prenant un cas concret celui du traitement du Cancer, l'idée constructive est de créer un microenvironnement 3D simulant les interactions entre les cellules cancéreuses, il s'est avéré que leurs comportements est similaire à celles vivantes dans le vrai environnement biologique. Un réseau de microcapteurs doit être réalisé pour mesurer les di˙érents paramètres de l'activité cellulaire, à savoir le pH, Glucose, Lactate et l'urée. Ces paramètres permettent d'évaluer le degré de l'eÿcacité du médicament ajouté tout en mesurant le niveau d'activité de ces cellules, leur métabolisme ainsi que leur pro-lifération. Outre que cela, pour éviter toute intervention risquée sur l'animal ou sur le corps humain, cette plateforme conçue représente une solution alternative pour le développement et la vérification de nouveaux médicaments. La mesure de ces paramètres biochimiques en 3D et en temps réel représente le défi majeur de ce projet. A ce propos, un système hybride optique-microfluidique non invasif est proposé mesurant les valeurs de la durée de vie de la fluorescence dans chaque endroit de l'environnement 3D et en se basant sur la technolo-gie DMD (digital micromirror device) pour deviser et diriger la lumière vers les directions voulues. Tout changement dans la valeur de cette durée de vie donne des informations sur le changement des spécifications biochimiques dans l'échantillon. Les déférentes parties de ce système ont été conçues de telle sorte qu'elles soient intégrables et donc permettre d'avoir un instrument facile à utiliser transportable dans des endroits de températures et d'oxygènes présentant des milieux favorables pour les cellules biologiques.

Abstract

This master degree project is within the context of Organs-On-Chip technology for the main purpose of drug testing related to Cancer treatment, for example. This can be done by cre-ating a 3D micro-environment in which Cancer cells could interact like those who are in the real biological environment. A sensor network should be designed to measure the variation of cells activities, such as pH, Glucose, Lactate and urea. The measurement of these parameters is a strong tool to validate the eÿciency of the injected drug, by determining the level of cells activity, their metabolism and their proliferation. Thus, to avoid any intervention risk on an-imal or human body, this designed platform represents an alternative solution for developing and verification of new drugs. The measurement of these biochemical parameters in 3D and in real time is the main challenge in this project. Therefore, a new hybrid opto-microfluidic non invasive system was proposed while measuring the fluorescence lifetime in every location inside the 3D environment and based on DMD (digital micromirror device) technology to drive the excitation light beams to the desired directions. Any change in this lifetime value gives information about biochemical specifications change in the sample. This proposed system was designed and fabricated in a way that we can have a full integrated instrument that can be easily introduced inside cell culture incubators for a specific temperature and oxygen required by biological cells to survive.