Thèse : Dispositif microfluidique 3D combinant co-écoulement et actionnement électrique pour la manipulation dynamique de cellules vivantes

Résumé

La biopsie liquide constitue une approche prometteuse pour le diagnostic et le suivi des cancers, en permettant d’étudier, à partir d’un prélèvement sanguin, les cellules tumorales circulantes ainsi que différents biomarqueurs tels que l’ADN tumoral circulant et les exosomes. Leur analyse reste toutefois complexe, notamment en raison de la richesse et de la complexité du sang. Dans ce contexte, ce travail explore le développement d’une plateforme microfluidique imprimée en 3D, conçue pour contrôler les écoulements et faciliter la manipulation de cellules et de particules. La fabrication du dispositif repose sur une stratégie de print-pause-print (PPP), qui permet d’intégrer directement une lamelle de verre dédiée à l’imagerie ainsi qu’un module électro-actif insérable. Cette conception vise à réunir, au sein d’un même dispositif, contrôle hydrodynamique, observation et actionnement électrique. Le travail s’intéresse d’abord à la maîtrise du co-écoulement entre le sang et un buffer d’intérêt, avant d’explorer l’influence d’un champ électrique sur les fluides et les particules transportées. Ces différentes fonctionnalités sont étudiées et mises en relation afin d’évaluer les possibilités offertes par cette architecture pour la manipulation d’échantillons biologiques complexes.
Cette thèse propose ainsi une nouvelle approche de la microfluidique imprimée en 3D, combinant contrôle des écoulements et actionnement électrique, avec pour perspective le développement de plateformes polyvalentes dédiées aux applications de biopsie liquide.

Abstract

Liquid biopsy is a promising approach for cancer diagnosis and monitoring, enabling the study of circulating tumor cells as well as various biomarkers, such as circulating tumor DNA and exosomes, from a blood sample. However, their analysis remains challenging, particularly due to the complexity and heterogeneity of blood. In this context, this work explores the development of a 3D-printed microfluidic platform designed to control fluid flows and facilitate the manipulation of cells and particles.
The device is fabricated using a print-pause-print (PPP) strategy, which enables the direct integration of a glass slide for imaging, together with an insertable electro-active module. This design aims to combine hydrodynamic control, optical observation, and electrical actuation within a single device. The work first focuses on controlling the co-flow between blood and a buffer of interest, before exploring the influence of an electric field on the fluids and transported particles. These different functionalities are investigated and brought together to assess the potential of this architecture for the manipulation of complex biological samples.
This thesis therefore proposes a new approach to 3D-printed microfluidics, combining flow control and electrical actuation, with the perspective of developing versatile platforms dedicated to liquid biopsy applications.