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Toward a High-Throughput Device Able to Transport and Track Microscale Components Over Long Distances

Louis Malosse

Master's thesis (2023)

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Abstract

In modern laboratories, the need for seamless integration and precise manipulation of micrometer-scale samples has spurred the development of innovative technologies. This study presents the conceptualization and preliminary experimental results of a device designed to transport and track micrometer-sized samples over extended distances. By harnessing the principles of microfluidics, this device aims to bridge the gap between multiple apparatuses, enabling the imaging of the same samples across different devices. The proposed solution involves moving cells from one device to the other via microfluidic tubing and tracking them using fluorescent flow barcoding. By randomly intercalating beads between samples in transit, we create fluorescence sequences recorded at each of the two connected devices. Using algorithms derived from nucleotide sequence alignment algorithms developed for bioinformatics, it is possible to align the measured fluorescence sequences and thus recognize and match the samples as they pass under either device. By exploiting the principles of liquid flow at the micrometer scale, this study seeks to demonstrate the feasibility of such a technology and presents the challenges that need to be overcome to achieve it. In this work, we address the issues of sample transport, sequence measurement and the computer processing required to track flowing samples, and outline guidelines for the further development of this tool. Initial results demonstrate that it is possible to track samples efficiently, assuming stable fluorescence sequences during transport between apparatuses. The rest of the experiments explore ways of making this hypothesis a reality, by manipulating samples and fluorescent beads in the flow in an attempt to keep them in order.

Résumé

Dans les laboratoires modernes, l'exigence d'intégrer rapidement et de manier avec précision des échantillons à l'échelle du micromètre a stimulé la création de technologies innovantes. Cette étude expose la conception et les résultats expérimentaux initiaux d'un appareil développé pour transporter et suivre des échantillons micrométriques sur de longues distances. En s'appuyant sur les principes de la microfluidique, ce dispositif vise à connecter différents appareils, permettant ainsi d'imager les mêmes échantillons avec divers équipements. La solution suggérée consiste à déplacer les cellules d'un appareil à un autre à travers des tubes microfluidiques et à les suivre à l'aide d'un code-barres fluorescent. En insérant aléatoirement des billes entre les échantillons en transit, nous créons des séquences de fluorescence enregistrées sur les deux dispositifs connectés. Grâce à des algorithmes dérivés de ceux utilisés en bio-informatique pour aligner des séquences de nucléotides, il est possible d'aligner les séquences de fluorescence mesurées et ainsi de reconnaître et d'apparier les échantillons au fur et à mesure de leur passage sous chacun des dispositifs. En exploitant les principes de l'écoulement des liquides à l'échelle micrométrique, cette étude cherche à démontrer la faisabilité de cette technologie et expose les défis à relever pour y parvenir. Dans ce travail, nous abordons les problèmes liés au transport des échantillons, à la mesure des séquences et au traitement informatique nécessaire pour suivre les échantillons en mouvement, tout en esquissant des orientations pour le futur développement de cet outil. Les premiers résultats montrent qu'il est possible de suivre efficacement les échantillons, en supposant que les séquences de fluorescence restent stables pendant le transport entre les appareils. Les expériences suivantes explorent différentes méthodes pour concrétiser cette hypothèse, en manipulant les échantillons et les billes fluorescentes dans le flux pour tenter de les maintenir dans un ordre spécifique.

Department: Department of Engineering Physics
Program: Génie physique
Academic/Research Directors: Lucien Weiss
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/55713/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 04 Mar 2024 13:38
Last Modified: 06 Apr 2024 20:14
Cite in APA 7: Malosse, L. (2023). Toward a High-Throughput Device Able to Transport and Track Microscale Components Over Long Distances [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/55713/

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