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Résumé

Les techniques danalyses médicales nécessitent le développement, à faible coût, de capteurs chimiques fiables. Dans ce contexte, les transistors chimiques à effet de champ CHEMFETs offrent des solutions innovantes à condition doptimiser linterface entre microtechnologies et biotechnologies. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à développer des techniques permettant de coupler espèces biologiques et silicium. Deux approches ont été étudiées, toutes les deux basées sur lutilisation des polymères. La première approche a été centrée sur le développement des techniques dencapsulation et de création de micro-volumes. Pour cela, des micro-cuves danalyse ont été réalisées dabord en plexiglas® puis en PDMS. Après loptimisation des caractéristiques géométriques, le suivi de lactivité bactérienne a été effectué grâce au suivi du pH de la solution à laide de pH-ISFETs. Nous avons ainsi démontré la possibilité de détecter lactivité bactérienne dans le cas de Lactobacillus Acidophilus et commencé à déterminer la « signature » biologique de cette bactérie. La deuxième approche a été consacrée à ladaptation des CHEMFETs à la détection enzymatique. Pour cela, nous avons envisagé dutiliser un polymère en tant que matrice de support dun élément biologique. Lutilisation des techniques de photolithographie a ainsi permis la fabrication collective de couches enzymatiques en PVA en vue dune détection biochimique. Après avoir appliqué le protocole de dépôt mis au point à luréase, nous avons caractérisé lévolution de lactivité enzymatique des membranes ainsi réalisées. Ensuite, nous avons validé ce procédé par la fabrication de microcapteurs chimiques de type ENFET et nous avons détecté des taux durée par le suivi des variations du pH au sein de solutions de différentes concentrations.

Abstract

Medical analysis techniques field needs low cost development of reliable chemical sensors. In this context, chemical field effect transistors ChemFET provide innovating answers but this will require microtechnology/ biotechnology interface optimization. In this work, we set out to develop techniques which allow us to link biologic species and silicon material. We studied two kinds of approaches both based on polymer use. First approach aimed improvement of encapsulation techniques micro-volumes creation. In this perspective, micro-tanks were fabricated, first in plexiglass® and secondly, in PDMS. Following optimization of geometric characteristics, bacterial activity was monitored thanks to the solution pH monitoring with pH-ISFET. In this way, we demonstrated the possibility to detect bacterial activity in Lactobacillus Acidophilus case and so, we began to determine bacterium biological hallmark. Second approach relies on ChemFET adaptation to enzymatic detection. In this way, we planed to use a polymer as physical support for biological material. So, classical photolithography techniques allow us to make enzymatic layers using PVA in order to realize biochemical detection. Following implementation of this process to urease, we characterized enzymatic activity evolution in the so fabricated membranes. Next, we validated this process fabricating ENFET chemical microsensors. Then, we were able to detect urea rates thanks to pH variations within solutions with various concentrations.

Mots-Clés / Keywords

ChemFET; PDMS; Micro-volumes; Bactéries; Enzymes; PVA; EnFET; Bacteria;