Retour au site du LAAS-CNRS

Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

Publications de l'équipe MH2F

Choisir la langue : FR | EN

78documents trouvés

15044
11/12/2017

Microwave biosensors for non-invasive molecular and cellular investigations

K.GRENIER, D.DUBUC

MH2F

Ouvrage (contribution) : Medical and Biological Microwave Sensors and Systems, Cambridge University Press, N°ISBN 9781107297302, Décembre 2017, 25p. , N° 15044

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

In this comprehensive work, experts in the field detail recent advances in medical and biological microwave sensors and systems, with chapters on topics such as implantable sensors, wearable microwave tags, and UWB technology. Each chapter explores the theory behind the technology, as well as its design and implementation. This is supported by practical examples and details of experimental results, along with discussion of system design, design trade-offs, and possible constraints and manufacturing issues. Applications described include intracranial pressure monitoring, vital signs monitoring, and non-invasive molecular and cellular investigations. Presenting new research and advances in the field, and focusing on the state of the art in medical and biological microwave sensors, this work is an invaluable resource for enthusiastic researchers and practicing engineers in the fields of electrical engineering, biomedical engineering, and medical physics.

141743
17358
15/10/2017

Microwave microfluidic sensor based on a microstrip splitter/combiner configuration and split ring resonators (SRR) for dielectric characterization of liquids

P.VELEZ, L.SU, K.GRENIER, J.MATA-CONTRERAS, D.DUBUC, F.MARTIN

MH2F, UAB

Revue Scientifique : IEEE Sensors Journal, Vol.17, N°20, pp.6589-6598, Octobre 2017 , N° 17358

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01597713

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

A microwave microfluidic sensor for dielectric characterization of liquids in real time is presented in this paper. The sensor is implemented in microstrip technology and consists of a symmetric splitter/combiner configuration loaded with a pair of identical split ring resonators (SRRs) and microfluidic channels placed on top of them (gap region). The sensor works in differential mode and sensing is based on frequency splitting. Thus, if the structure is unloaded or if it is symmetrically loaded with regard to the axial plane, only one transmission zero (notch) in the frequency response appears. However, if the axial symmetry is disrupted (e.g., by the presence of different liquids in the channels), two transmission zeros arise, and the difference in magnitude (notch depth) and frequency between such transmission zeros is indicative of the difference in the dielectric properties (complex dielectric constant). A circuit schematic, including transmission line sections to describe the distributed components, lumped elements to account for the SRRs and their coupling to the lines and lumped elements to model the liquid properties, is presented and validated. After proper calibration, the functionality of the proposed sensor is demonstrated by measuring the complex permittivity in solutions of deionized (DI) water and ethanol as a function of the ethanol content. Index Terms— Microwave sensors, differential sensors, microfluidics, dielectric characterization of liquids, permittivity measurements, microstrip technology, split ring resonator (SRR).

141177
17361
22/09/2017

Modeling and analysis of pairs of open complementary split ring resonators (OCSRRs) for differential permittivity sensing

P.VELEZ, L.SU, J.MATA-CONTRERAS, F.MARTIN, K.GRENIER, D.DUBUC

MH2F, UAB

Manifestation avec acte : IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes ( IMWS-AMP ) 2017 du 20 septembre au 22 septembre 2017, Pavie (Italie), Septembre 2017, 3p. , N° 17361

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01597746

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

This paper is focused on the modeling and analysis of a pair of open complementary split ring resonators (OCSRR) for sensing purposes. Since the capacitance of the OCSRR is very sensitive to dielectric loading, it follows that the OCSRR pair is very useful for differential permittivity measurements. The proposed sensing approach is based on the measurement of the cross-mode S-parameters, particularly the cross-mode insertion loss, very sensitive to asymmetric loading. On the basis of the circuit model of the OCSRR, analytical expressions for the cross-mode insertion loss under small perturbations (asymmetries) are derived. Such expressions, of interest for sensor design, are validated through circuit and electromagnetic simulations.

141183
17359
09/06/2017

Microwave permittivity extraction of individual biological cells submitted to different stimuli

A.ZEDEK, D.DUBUC, K.GRENIER

MH2F

Manifestation avec acte : IEEE International Microwave Symposium ( IMS ) 2017 du 04 juin au 09 juin 2017, Honolulu (USA), Juin 2017, 4p. , N° 17359

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01597796

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

This paper describes, for the first time, the relative permittivity extraction of cells in their culture medium submitted to different stimuli by using a microwave biosensor, specifically developed to analyze single cells. The sensitive part of the device is constituted by a 5 μm coplanar gap, over which the cell is blocked by a mechanical trap. It allows to obtain the capacitive and conductive contrasts of a cell. Electromagnetic simulations where the cell (sphere) permittivity is tuned permit to define fitted calibration curves linking capacitive and conductive contrasts to the real and imaginary parts of the relative permittivity. Measurements are performed on various cells (in their culture medium) after different environmental stimuli in order to induce various biological stresses altering the cell state. Results show that this non-invasive technique, including the developed proper de-embedding post-process, provides the intrinsic dielectric image of single biological cells, which then reveals their biological state.

141179
17188
19/05/2017

Développement d'un biocapteur radiofréquence pour la détection de prolifération bactérienne

S.BOUBACAR, O.ZEMB, D.DUBUC, K.GRENIER, F.MOUTIER

MH2F, EXT

Manifestation avec acte : Journées Nationales Microondes ( JNM ) 2017 du 16 mai au 19 mai 2017, St Malo (France), Mai 2017, 4p. , N° 17188

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01529811

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

Cet article présente les premiers résultats d'un biocapteur radiofréquence développé pour la détection de la prolifération bactérienne dans le cadre d'une analyse d'antibiorésistance. Le capteur développé comporte une coupure capacitive dans une ligne micro-ruban, dans laquelle est placé un capillaire contenant les bactéries ou leur milieu seul. Les résultats obtenus valident la capacité de mesure RF à détecter la présence de bactéries dans leur milieu.

140322
17185
17/05/2017

In vitro and in vivo investigations toward near-field microwave-based detection of melanoma

D.DUBUC, K.GRENIER, F.MORFOISSE, B.SUSINI-GARMY

MH2F, I2MC

Manifestation avec acte : IEEE International Microwave Bio Conference ( IMBioC ) 2017 du 15 mai au 17 mai 2017, Goteborg (Suède), Mai 2017, 4p. , N° 17185

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01529825

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

To go toward non-invasive melanoma analysis without the requirement of biopsy, in vitro and in vivo investigations have been performed with near-field microwave sensing techniques. Preliminary dielectric study has been carried out on different types of skin crushes: normal skin and skin with a subcutaneous B16 melanoma tumor. Extracted dielectric properties permits to clearly discriminate the two samples. Based on these results, in vivo investigations-have been performed on living mice, leading to a possible microwave-based detection of melanoma, which should now be confirmed with statistical measurements. The dielectric results are in agreement with the observation through immune-analysis of increased vascular density in the presence of a tumor, i.e. water content rise.

140316
17115
16/05/2017

Extraction de la permittivité complexe de cellules biologiques individuelles dans la gamme des micro-ondes

A.ZEDEK, D.DUBUC, K.GRENIER

MH2F

Manifestation avec acte : Journées Nationales Microondes ( JNM ) 2017 du 16 mai au 19 mai 2017, St Malo (France), Mai 2017, 4p. , N° 17115

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01529805

Diffusable

Plus d'informations

Résumé

Ce papier décrit l'extraction de la permittivité de cellules individuelles soumissent à différents stimuli en utilisant un biocapteur micro-ondes, développé pour l'analyse de cellules uniques dans leur milieu de culture. La partie sensible du dispositif est constituée d'un gap coplanaire de 5μm, sur lequel la cellule est piégée par un bloqueur mécanique, permettant d'obtenir les contrastes capacitifs et conductifs d'une cellule. Des simulations électromagnétiques, dans lesquels la permittivité de la cellule (sphère) est ajustée, ont permis de définir des courbes de calibrage adaptées reliant contrastes capacitif et conductif aux parties réelles et imaginaires de la permittivité relative. Plusieurs mesures ont été effectuées sur différentes cellules (dans leur milieu de culture) après différents stimuli dans le but d'induire différents stresses altérant l'état de la cellule. Les résultats montrent que cette technique non-invasive, incluant un post-traitement de de-embedding, nous fournit l'image intrinsèque diélectrique d'une cellule biologique, qui par la suite révèle l'état biologique de celle-ci.

139753
17062
09/03/2017

Spectroscopie diélectrique HyperFréquence des cellules biologiques soumisee à l'électroporation

A.TAMRA

MH2F

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 9 Mars 2017, 164p., Président: S.YOSHIZAWA, Rapporteurs: O.FRANCAIS, P.RENAUD, Examinateurs: K.GRENIER, Directeurs de thèse: D.DUBUC, M.P.ROLS , N° 17062

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01499406

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

Electroporation is a physical process that consists in applying electric field pulses to transiently or permanently permeabilize the plasma membrane. This phenomenon is of great interest in the clinical field as well as in the industry because of its various applications, in particular electrochemotherapy which combines electrical pulses with the administration of a cytotoxic molecule in the treatment of tumors. The evaluation of this phenomenon is traditionally carried out using optical and biochemical methods (microscopy, flow cytometry, biochemical test). They are very effective but require the use of a wide range of fluorochromes and markers, which can be laborious and costly to implement, while being invasive to the cells. In recent years, the development of new biophysical tools for the study of electroporation has taken place, such as dielectrophoresis and impedance spectroscopy (low frequency). In addition to the ease of implementation, these methods are of interest in the study of membrane modifications of the cell. Hence the advantage of operating beyond the GHz, in the range of microwaves, for which the cytoplasmic membrane becomes transparent and the intracellular content is exposed. The extraction of the relative permittivity as a result of the electromagnetic field / biological cell interaction then reflects the cell state. This technique, microwave dielectric spectroscopy, is a relevant method for analyzing the effects of electroporation on cell viability. Moreover, it does not require any use of the exogenous molecules (non-invasive) and the measurements are directly carried out in the culture medium of the cells. Two objectives were defined during this thesis whose work is located at the interface between three scientific fields: cellular biology, microwave electronics and microtechnologies. The first objective concerns the transposition of conventional electroporation to the micrometric scale, which has shown an efficiency as efficient as the first. The second part of the work concerns the study by HighFrequency dielectric spectroscopy of cells subjected to different electrical treatments (combined or not with a cytotoxic molecule). This work presents a statistical power and shows a very good correlation (R2> 0.94) with standard techniques used in biology, which biologically validates the HF analysis method in the context of electroporation. This work also shows that microwave dielectric spectroscopy proves to be a powerful technique capable of revealing cell viability following chemical and / or electrical treatment. They open the way to 'non-invasive' analysis by hyper-frequency dielectric spectroscopy of electroporated cells in situ.

Résumé

L'électroporation est un procédé physique qui consiste à appliquer des impulsions de champ électrique pour perméabiliser de manière transitoire ou permanente la membrane plasmique. Ce phénomène est d'un grand intérêt dans le domaine clinique ainsi que dans l'industrie en raison de ses diverses applications, notamment l’électrochimiothérapie qui combine les impulsions électriques à l’administration d’une molécule cytotoxique, dans le cadre du traitement des tumeurs. L’analyse de ce phénomène est traditionnellement réalisée à l’aide des méthodes optique et biochimique (microscopie, cytométrie en flux, test biochimique). Elles sont très efficaces mais nécessitent l’utilisation d’une large gamme de fluorochromes et de marqueurs dont la mise en œuvre peut être laborieuse et coûteuse tout en ayant un caractère invasif aux cellules. Durant ces dernières années, le développement de nouveaux outils biophysiques pour l’étude de l’électroporation a pris place, tels que la diélectrophorèse et la spectroscopie d’impédance (basse fréquence). Outre une facilité de mise en œuvre, ces méthodes représentent un intérêt dans l’étude des modifications membranaires de la cellule. De là vient l’intérêt d’opérer au-delà du GHz, dans la gamme des micro-ondes, pour laquelle la membrane cytoplasmique devient transparente et le contenu intracellulaire est exposé. L’extraction de la permittivité relative suite à l’interaction champ électromagnétique/cellules biologiques reflète alors l’état cellulaire. Cette technique, la spectroscopie diélectrique hyperfréquence, se présente comme une méthode pertinente pour analyser les effets de l’électroporation sur la viabilité cellulaire. De plus, elle ne nécessite aucune utilisation des molécules exogènes (non-invasivité) et les mesures sont directement réalisées dans le milieu de culture des cellules. Deux objectifs ont été définis lors de cette thèse dont les travaux se situent à l’interface entre trois domaines scientifiques : la biologie cellulaire, l’électronique hyperfréquence et les micro-technologies. Le premier objectif concerne la transposition de l’électroporation conventionnelle à l’échelle micrométrique, qui a montré une efficacité aussi performante que la première. La deuxième partie du travail concerne l’étude par spectroscopie diélectrique HyperFréquence de cellules soumises à différents traitements électriques (combinés ou non à une molécule cytotoxique). Ces travaux présentent une puissance statistique et montrent une très bonne corrélation (R2 >0 .94) avec des techniques standards utilisées en biologie, ce qui valide ‘biologiquement’ la méthode d’analyse HF dans le contexte d’électroporation. Ces travaux montrent en outre que la spectroscopie diélectrique hyperfréquence s’avère être une technique puissante, capable de révéler la viabilité cellulaire suite à un traitement chimique et/ou électrique. Ils ouvrent la voie à l’analyse ‘non-invasive’ par spectroscopie diélectrique HyperFréquence de cellules électroporées in-situ.

Mots-Clés / Keywords
Analyse micro-onde; Electroporation; Biocapteur; Cellule unique; Microtechnologies; Perméabilisation membranaire; Spectroscopie diélectrique HyperFréquence;

139382
17028
01/02/2017

Microwave monitoring of single cell monocytes subjected to electroporation

A.TAMRA, D.DUBUC, M.P.ROLS, K.GRENIER

MH2F, IPBS

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 7p., Février 2017 , N° 17028

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01463946

Diffusable

Plus d'informations

Abstract

This paper presents the monitoring of single cells subjected to electroporation using microwave dielectric spectroscopy. The experimental results showed first a clear distinction between two cell states: viable cells and affected ones by a chemical treatment (Saponin). It also pointed out a high correlation (R 2 > 0.94) with biological standard techniques in detecting the two types of electroporation: the reversible and irreversible ones. The developed microfluidic and microwave-based sensor exposes a decrease in the capacitive and conductive contrasts of the investigated single cells treated by irreversible electroporation indicating damages at the cellular level, while cells under reversible electroporation present a similar dielectric response to that of the nontreated cells. This result corresponds to results frequently employed in biological studies. More interestingly , a study of the kinetics of the cell's damage induction over time, by electroporation, has been experimentally done, which makes microwave dielectric spectroscopy an attractive technique for cell's electroporation researches.

139097
16515
08/12/2016

Spectroscopie diélectrique micro-onde: possible technique d'analyse de l'antobiorésistance ou du microbiote ?

K.GRENIER, D.DUBUC

MH2F

Manifestation avec acte : Bac Tou Bac - Bacteria One Health Day ( ) 2016 du 08 décembre au 08 décembre 2016, Toulouse (France), Décembre 2016, 1p. , N° 16515

Diffusable

138999
Les informations recueillies font l’objet d’un traitement informatique destiné à des statistiques d'utilisation du formulaire de recherche dans la base de données des publications scientifiques. Les destinataires des données sont : le service de documentation du LAAS.Conformément à la loi « informatique et libertés » du 6 janvier 1978 modifiée en 2004, vous bénéficiez d’un droit d’accès et de rectification aux informations qui vous concernent, que vous pouvez exercer en vous adressant à
Pour recevoir une copie des documents, contacter doc@laas.fr en mentionnant le n° de rapport LAAS et votre adresse postale. Signalez tout problème de dysfonctionnement à sysadmin@laas.fr. http://www.laas.fr/pulman/pulman-isens/web/app.php/