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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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18342
09/11/2018

Optomechanical Resonating Probe for Very High Speed Sensing of Atomic Forces

P.ALLAIN, L.SCHWAB, C.MISNER, M.GELY, E.MAIRIAUX, M.HERMOUET, B.WALTER, G.LEO, S.HENTZ, M.FAUCHER, G.JOURDAN, B.LEGRAND, I.FAVERO

MPQ, MEMS, IEMN, CEA-LETI, VMICRO Sas, Paris Diderot, IEMN Villeneuve

Rapport LAAS N°18342, Novembre 2018, 14p.

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01908683

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Abstract

Atomic force spectroscopy and microscopy (AFM) are invaluable tools to characterize nanostructures and biological systems . Most experiments, including state -­‐ of -­‐ the -­‐ art images of molecular bonds, are achieved by driving probe s at their mechanical resonance . This resonance reaches the MHz for the fastest AFM micro -­‐ cantilevers , with typical motion amplitude of a few nanomet re s . Next -­‐ generation investigation s of molecular scale dynamics, including faster force imaging and high er -­‐ resolution spectroscopy of dissipative interactions, require more bandwidth and vibration amplitude s below in t er atomic distance , for non -­‐ pertu r bative short -­‐ range tip -­‐ matter interactions . Probe frequency is a key parameter to improve bandwidth while reducing Brownian motion , allowing large signal -­‐ to -­‐ noise for exquisite resolution . O ptomechanical resonators reach motion detection at 10 -­‐ 18 m.Hz -­‐ 1/2 , while coupling light to bulk vibration modes whose frequencies largely surpass those of cantilevers . Here we introduce a n optically operated resonating optomechanical atomic force probe of frequency 2 decades above the fastest functional AFM cantilevers while Brownian motion is 4 orders below. B ased on a Silicon -­‐ On -­‐ Insulator technology, the probe demonstrates high -­‐ speed sensing of contact and non -­‐ contact interactions with sub -­‐ picomet r e driven motion, breaking open current locks for faster and finer atomic force spectroscopy .

145036
18228
01/11/2018

Fano-Resonances in High Index Dielectric Nanowires for Directional Scattering

P.WIECHA, A.CUCHE, H.KALLEL, G.COLAS DES FRANCS, A.LECESTRE, G.LARRIEU, V.LARREY, F.FOURNEL, T.BARON, A.ARBOUET, V.PAILLARD

CEMES/CNRS, LICB, TEAM, MPN, CEA-LETI, LTM

Ouvrage (contribution) : Fano Resonances in Optics and Microwaves, Springer, N°ISBN 978-3-319-99730-8, Vol.310, Novembre 2018, Chapter 12, pp.283-2 , N° 18228

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01850259

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Abstract

High refractive index dielectric nanostructures provide original optical properties thanks to the occurrence of size- and shape-dependent optical resonance modes. These modes commonly present a spectral overlap of broad, low-order modes (\textit{e.g}. dipolar modes) and much narrower, higher-order modes. The latter are usually characterized by a rapidly varying frequency-dependent phase, which - in superposition with the lower order mode of approximately constant phase - leads to typical spectral features known as Fano resonances. Interestingly, such Fano resonances occur in dielectric nanostructures of the simplest shapes. In spheroidal nanoparticles, interference between broad magnetic dipole and narrower electric dipole modes can be observed. In high aspect-ratio structures like nanowires, either the electric or the magnetic dipolar mode (depending on the illumination conditions) interferes with higher order multipole contributions of the same nature (electric or magnetic). Using the analytical Mie theory, we analyze the occurrence of Fano resonances in high-index dielectric nanowires and discuss their consequences like unidirectional scattering. By means of numerical simulations, we furthermore study the impact on those Fano resonances of the shape of the nanowire cross-sections as well as the coupling of two parallel nanowires. The presented results show that all-dielectric nanostructures, even of simple shapes, provide a reliable low-loss alternative to plasmonic nanoantennas.

144273
18341
26/10/2018

MEMS-based atomic force microscopy probes: from electromechanical to optomechanical vibrating sensors

B.LEGRAND, L.SCHWAB, P.ALLAIN, I.FAVERO, M.FAUCHER, D.THERON, B.WALTER, J.P.SALVETAT, S.HENTZ, G.JOURDAN

MEMS, MPQ, Paris Diderot, IEMN Villeneuve, VMICRO Sas, CRPP, Pessac, CEA-LETI

Manifestation avec acte : AVS International Symposium & Exhibition ( AVS ) 2018 du 21 octobre au 26 octobre 2018, Long Beach (USA), Octobre 2018 , N° 18341

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01908666

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Abstract

Scanning probe microscopy has been one of the most important instrumental discoveries during the last quarter of the last century. In particular, atomic force microscopy (AFM) is a cross-disciplinary technique able to provide sample morphology down to the atomic scale. It offers invaluable tools to support the development of nano-sciences, information technologies, micro-nanotechnologies and nano-biology. For more than 20 years, boosting the scan rate of AFM has been an increasingly important challenge of the community. However still today, performing routine and user-friendly AFM experiments at video rate remains unreachable in most cases. The conventional AFM probe based on a micro-sized vibrating cantilever is the major obstacle in terms of bandwidth and resonance frequency. Following a brief description of the context of the work, the talk will first describe the development of AFM probes based on MEMS devices that make use of ring-shaped microresonators vibrating above 10 MHz. A focus will be dedicated to the electrical detection scheme. Based on capacitive transduction and microwave reflectometry, it achieves a displacement resolution of 1E-15 m/√Hz, allowing the measurement of the thermomechanical vibration of the MEMS AFM probes in air. Imaging capability obtained on DNA origamis samples at a frame rate greater than 1 image/s will be shown as well as investigation of block copolymer surfaces to elucidate the tip-surface interaction when vibration amplitudes are lower than 100 pm. In the following, our recent research direction at the convergence of the fields of micro/nanosystems and VLSI optomechanics on silicon chips will be presented. Optomechanical resonators allow indeed overcoming the resolution limitation imposed by usual electromechanical transduction schemes. Here, we will introduce fully optically driven and sensed optomechanical AFM probes which resonance frequency is above 100 MHz and Brownian motion below 1E-16 m/√Hz, paving the way for high-Speed AFM operation with exquisite resolutions at sub-angstrom vibration amplitudes.

145035
18327
12/10/2018

Développement d'un système autonome de détection et de quanti-cation des microARNs avec une plateforme nano/uidique pour la prise en charge du cancer du pancréas

J.CACHEUX

MEMS

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 12 Octobre 2018, 193p., Président: L.BUSCAIL, Rapporteurs: E.DELAMARCHE, I.VAN SEUNINGEN, Examinateurs: A.CARRIER, Directeurs de thèse: P.CORDELIER, T.LEICHLE , N° 18327

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01922268

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Abstract

85% of patients affected by pancreatic adenocarcinoma (PDA) are diagnosed at an advanced stage, preventing effective care and curative treatments. Therefore, it is urgent to identify reliable biomarkers for the early detection of disease status, including relapse. MiRNAs (micro ribonucleic acids) are biomarkers of PDA, with demonstrated clinical value for early detection of tumors and monitoring of response to treatment. However, current methods of extraction and detection of miRNA are not compatible with clinical use. New technologies derived from micro and nanofabrication methods have the potential to facilitate the implementation of diagnostic tests, by offering a high degree of portability and robustness, short time to results at low cost. Here, we propose a nanofluidic platform coupled to fluorescence detection for the real time measurement of molecular interactions in a confined environment. We first describe the detection platform via a one-dimension theoretical model based on molecular dynamics to predict the capture of miRNAs into biofunctionalized nanochannels. The originality of the system lies in the non-homogeneous hybridization of miRNA targets onto the sensor. We demonstrate that the analysis of the spatial hybridization profile enables the determination of the affinity of the captured miRNA with the probe sequence in a wash-free single step. We then show the rapid discrimination (less than 10 minutes) of single nucleotide difference (SND) using this strategy. The performance of the device in the context of pancreatic cancer detection is discussed: the effect of sample preparation of complex biofluids is studied and two labeling approaches compatible with the detection of endogenous miRNAs are described and compared, leading to the detection of miRNAs extracted from model cell cultures of pancreatic cancer.

Résumé

85% des patients atteints de cancer du pancréas présentent au diagnostic des formes avancées de la maladie qui empêchent leur prise en charge thérapeutique efficace. Il est donc urgent de mettre en évidence des marqueurs diagnostics permettant de détecter plus tôt ces cancers, mais également leur rechute, afin d’améliorer leur prise en charge. Les miARNs (micro acides ribonucléiques) sont des biomarqueurs du cancer du pancréas, présentant une valeur clinique démontrée pour la détection précoce des tumeurs et le suivi de la réponse au traitement. Cependant, les méthodes actuelles d’extraction et de détection de ces molécules ne sont pas adaptées à une utilisation clinique. Les nouvelles technologies issues des méthodes de micro et nanofabrication ont le potentiel de permettre la mise en place de tests diagnostiques, offrant un haut degré de portabilité et de robustesse, une lecture en temps réel, et à bas coût. Nous proposons ici une plateforme nanofluidique couplée à une détection en fluorescence permettant la mesure en temps réel d’interactions moléculaires en milieu hyper-confiné. Nous décrivons dans un premier temps la plateforme de détection via un modèle théorique à une dimension basé sur la dynamique moléculaire permettant de prédire la capture spécifique des miARNs dans un nanocanal fonctionnalisé. L’originalité du système réside dans une accroche non homogène des miARNs sur la surface du capteur. Ainsi, nous démontrons que l’étude du profil spatial d’hybridation engendré permet de déterminer l’affinité du miARN capturé avec la séquence sonde en une seule étape, sans lavage. Nous démontrons également l’excellente spécificité du biocapteur qui permet la discrimination rapide (moins de 10 minutes) de SND (single nucleotide difference). Les performances du dispositif pour des applications au plus près des problématiques biologiques dans le cadre de la détection du cancer du pancréas sont enfin discutées : les effets de la préparation d’échantillon types biofluides complexes sur l’extraction de miARNs sont étudiés, puis deux approches permettant la détection de miARNs endogènes sont décrites et comparées, conduisant à la détection de miARNs extraits de cultures cellulaires modèles du cancer du pancréas.

Mots-Clés / Keywords
Cancer du pancréas; microARNs; Nanofluidique; Microscopie en fluorescence; Pancreactic cancer; Nanofluidics; Fluorescence microscopy;

144935
18294
09/10/2018

Growth of InAs and Bi1-xSbx Nanowires on Silicon for Nanoelectronics and Topological Qubits by Molecular Beam Epitaxy

D.DHUNGANA

MPN

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 9 Octobre 2018, 174p., Président: F.CRISTIANO, Rapporteurs: A.LEMAITRE, E.P.A.M.BAKKERS, Examinateurs: Y.ANDRE, Directeurs de thèse: S.PLISSARD , N° 18294

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Résumé

Grâce à leur propriétés uniques, les nanofils d’InAs et de Bi1-xSbx sont important pour les domaines de la nanoélectronique et de l’informatique quantique. Alors que la mobilité électronique de l’InAs est intéressante pour les nanoélectroniques; l’aspect isolant topologique du Bi1-xSbx peut être utilisé pour la réalisation de Qubits basés sur les fermions de Majorana. Dans les deux cas, l’amélioration de la qualité du matériau est obligatoire et ceci est l’objectif principal cette thèse où nous étudions l’intégration des nanofils InAs sur silicium (compatibles CMOS) et où nous développons un nouvel isolant topologique nanométrique: le Bi1-xSbx. Pour une compatibilité CMOS complète, la croissance d’InAs sur Silicium nécessite d’être autocatalysée, entièrement verticale et uniforme sans dépasser la limite thermique de 450 ° C. Ces normes CMOS, combinées à la différence de paramètre de maille entre l’InAs et le silicium, ont empêché l’intégration de nanofils InAs pour les dispositifs nanoélectroniques. Dans cette thèse, deux nouvelles préparations de surface du Si ont été étudiées impliquant des traitements Hydrogène in situ et conduisant à la croissance verticale et auto-catalysée de nanofils InAs compatible avec les limitations CMOS. Les différents mécanismes de croissance résultant de ces préparations de surface sont discutés en détail et un passage du mécanisme Vapor-Solid (VS) au mécanisme Vapor- Liquid-Solid (VLS) est rapporté. Les rapports d’aspect très élevé des nanofils d’InAs sont obtenus en condition VLS: jusqu’à 50 nm de diamètre et 3 microns de longueur. D’autre part, le Bi1-xSbx est le premier isolant topologique 3D confirmé expérimentalement. Dans ces nouveaux matériaux, la présence d’états surfacique conducteurs, entourant le coeur isolant, peut héberger les fermions de Majorana utilisés comme Qubits. Cependant, la composition du Bi1-xSbx doit être comprise entre 0,08 et 0,24 pour que le matériau se comporte comme un isolant topologique. Nous rapportons pour la première fois la croissance de nanofils Bi1-xSbx sans défaut et à composition contrôlée sur Si. Différentes morphologies sont obtenues, y compris des nanofils, des nanorubans et des nanoflakes. Leur diamètre peut être de 20 nm pour plus de 10 microns de long, ce qui en fait des candidats idéaux pour des dispositifs quantiques. Le rôle clé du flux Bi, du flux de Sb et de la température de croissance sur la densité, la composition et la géométrie des structures à l’échelle nanométrique est étudié et discuté en détail.

Abstract

InAs and Bi1-xSbx nanowires with their distinct material properites hold promises for nanoelectronics and quantum computing. While the high electron mobility of InAs is interesting for nanoelectronics applications, the 3D topological insulator behaviour of Bi1-xSbx can be used for the realization of Majorana Fermions based qubit devices. In both the cases improving the quality of the nanoscale material is mandatory and is the primary goal of the thesis, where we study CMOS compatible InAs nanowire integration on Silicon and where we develop a new nanoscale topological insulator. For a full CMOS compatiblity, the growth of InAs on Silicon requires to be self-catalyzed, fully vertical and uniform without crossing the thermal budge of 450 °C. These CMOS standards, combined with the high lattice mismatch of InAs with Silicon, prevented the integration of InAs naowires for nanoelectronics devices. In this thesis, two new surface preparations of the Silicon were studied involving in-situ Hydrogen gas and in-situ Hydrogen plasma treatments and leading to the growth of fully vertical and self-catalyzed InAs nanowires compatible with the CMOS limitations. The different growth mechanisms resulting from these surface preparations are discussed in detail and a switch from Vapor-Solid (VS) to Vapor-Liquid-Solid (VLS) mechanism is reported. Very high aspect ratio InAs nanowires are obtained in VLS condition: upto 50 nm in diameter and 3 microns in length. On the other hand, Bi1-xSbx is the first experimentally confirmed 3D topololgical insulator. In this new material, the presence of robust 2D conducting states, surrounding the 3D insulating bulk can be engineered to host Majorana fermions used as Qubits. However, the compostion of Bi1-xSbx should be in the range of 0.08 to 0.24 for the material to behave as a topological insulator. We report growth of defect free and composition controlled Bi1-xSbx nanowires on Si for the first time. Different nanoscale morphologies are obtained including nanowires, nanoribbons and nanoflakes. Their diameter can be 20 nm thick for more than 10 microns in length, making them ideal candidates for quantum devices. The key role of the Bi flux, the Sb flux and the growth temperature on the density, the composition and the geometry of nanoscale structures is investigated and discussed in detail.

144673
18266
01/10/2018

Liquid crystal-based tunable photodetector operating in the telecom C-band

C.LEVALLOIS, B.SADANI, B.BOISNARD, T.CAMPS, C.PARANTHOEN, S.PES, S.BOUCHOULE, L.DUPONT, J.B.DOUCET, M.ALOUINI, V.BARDINAL

INSA Rennes, MICA, FOTON, C2N, TEAM

Revue Scientifique : Optics Express, Vol.26, N°20, pp.25952-25961, Octobre 2018 , N° 18266

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01879162

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Abstract

Liquid crystal (LC) microcells monolithically integrated on the surface of InGaAs based photodiodes (PDs) are demonstrated. These LC microcells acting as tunable Fabry-Perot filters exhibit a wavelength tunability of more than 100 nm around 1550 nm with less than 10V applied voltage. Using a tunable laser operating in the S and C bands, photocurrent measurements are performed. On a 70 nm tuning range covered with a driving voltage lower than 7V, the average sensitivity for the PD is 0.4 A/W and the spectral linewidth of the LC filter remains constant, showing a FWHM of 1.5 nm. Finally, the emission spectrum from an Er-doped fiber is acquired by using this tunable PD as a micro-spectrometer.

144558
18188
21/09/2018

Nanosecond laser defects induced in crystalline silicon annealed: identification, localization and electrical impact

R.MONFLIER, H.RIZK, T.TABATA, J.ROUL, E.IMBERNON, S.BONINELLI, M.ITALIA, A.LA MAGNA, F.MAZZAMUTO, P.ACOSTA ALBA, S.KERDILES, F.CRISTIANO

MPN, SCREEN-LASSE, I2C, TEAM, CNR-IMM, Catania, CEA-LETI

Manifestation avec acte : International Conference on Ion Implantation Technology ( IIT ) 2018 du 16 septembre au 21 septembre 2018, Wurzburg (Allemagne), Septembre 2018, 1p. , N° 18188

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01803955

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Abstract

Laser Thermal Annealing (LTA) in conjunction with ion implantation has been demonstrated to be a very effective method to achieve heavily doped and localized regions needed in both advanced MOSFET and solar cells technology. In some cases, degradation of the electrical properties of the laser doped regions has been reported, including increased leakage current in p-n junctions, reduced carrier mobility and breakdown voltage shift in MOS transistors or reduced carrier lifetime in solar cells, which are attributed to laser-induced damage, including impurity penetration during anneal or point defect generation during melt recrystallization. In this work, we present a comprehensive investigation of laser induced damage by implementing a methodology allowing the identification and the localization of the defects as well as the investigation of their impact on the properties of the annealed regions.

144021
18336
21/09/2018

Engineered micro-devices for the isolation of circulating tumor cells in clinical routine

A.K.JIMENEZ ZENTENO

ELIA

Doctorat : 21 Septembre 2018, 190p., Président: J.GRISOLIA, Rapporteurs: E.DELAMARCHE, J.R.GREER, Examinateurs: C.PICART, S.VERBRIDGE, U.DEMIRCI, Directeurs de thèse: C.VIEU, A.CERF , N° 18336

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Résumé

Les cellules tumorales circulantes (CTCs) sont la principale voie de dissémination du cancer dans le corps humain au travers de la circulation sanguine. Ces cellules ont la capacité de se détacher de la tumeur primaire, de rejoindre la circulation sanguine et de survivre dans cet environnement. Une sous-population spécifique de ces cellules a la capacité de coloniser de nouveaux tissus et de former des métastases. L'importance de ces cellules rares dans la circulation sanguine a été intensément étudiée au cours des dernières décennies, et il a été constaté que les informations phénotypiques et génomiques qu'elles contiennent pourraient être corrélées avec celles obtenues à partir d'une biopsie tissulaire. De plus, le nombre et l'incidence des CTC chez les patients métastatiques pourraient être utilisés comme indicateurs pronostics. Ainsi, leur isolement à partir d'échantillons sanguins et leur analyse a été proposé en remplacement des biopsies conventionnelles, comme une alternative moins invasive et permettant un échantillonnage plus répété. In fine, la détection et l'analyse des CTC en routine clinique pourraient être utilisées pour le suivi en temps réel des thérapies et de leur efficacité pour améliorer la prise en charge des patients, un pas de plus vers une médecine de précision. Dans ce projet de thèse, nous avons développé de nouveaux micro-dispositifs pour la capture, sous flux, de cellules cancéreuses à partir de sang complet humain. Nous avons exploité les propriétés physiques des CTC, plus grandes et moins déformables que les cellules sanguines normales, pour discriminer ces cellules rares (<1 cellule par mL aux premiers stades de la maladie). Des micro-dispositifs ont été conçus tels des tamis à trois dimensions pour filtrer sélectivement les cellules cancéreuses tout en préservant l'intégrité et la viabilité des cellules. De plus, les dispositifs ont été conçus pour permettre l'accès au matériel biologique isolé et effectuer ainsi une identification des cellules in situ, e.g. par immunocytochimie, mais aussi potentiellement pour servir de plateforme pour une analyse fonctionnelle de ces cellules. Nous avons proposé deux approches totalement compatibles avec la routine clinique. La première consiste en un guide équipé de microdispositifs, conçu pour être introduit directement dans la circulation sanguine au travers d'un cathéter médical et effectuer la capture des cellules cancéreuses in vivo. La deuxième approche vise à réaliser l'isolement des CTCs en utilisant des microdispositifs intégrés à des plateformes ex vivo compatibles avec les consommables médicaux de prélèvement sanguin. Les deux développements technologiques ont été validés en utilisant des cellules issues de lignée cancéreuse en suspension dans un milieu de culture cellulaire ou dans du sang complet Notre approche in vivo a été optimisée sur la base d'observations réalisées à l'aide d'un banc fluidique mimant une veine artificielle et a été testée avec succès in vivo dans un modèle animal. Ce prototype a démontré sa robustesse et sa capacité à capturer des cellules cancéreuses à des concentrations proches des concentrations en situation métastatique. Une évaluation de la sensibilité a été réalisée de la même manière pour l'approche ex vivo, démontrant des performances de capture analogues. Nous croyons que ces technologies pourraient permettre des prélèvements de CTC de manière répétée et fiable pour le pronostic et le suivi thérapeutique des patients métastatiques.

Abstract

Circulating tumor cells (CTCs) are believed to represent the main pathway of cancer dissemination in the human body through the circulatory system. These cells have the ability to detach from the primary tumor, enter into the bloodstream, and survive in this environment. A specific subpopulation of these cells possesses the capacity of colonizing new tissues and forming metastases. The relevance of these rare cells in the bloodstream has been intensively investigated during the last decades, finding that phenotypic and genomic information they carry could be correlated with that of solid biopsies. Moreover, the number and incidence of CTCs in metastatic patients could be used as an indicator for prognosis. Thus, their isolation from blood samples and analysis has been proposed as a surrogate to solid biopsies, having the added value of being a less invasive procedure and allow a more repeated measure. In fine, the routine analysis of CTCs in clinical practice could be used for the real-time monitoring of therapies and the adaptation of treatment in order to improve the outcome of patients, a step forward towards so-called precision medicine. In this PhD project, we have developed novel micro-devices for the capture, in flow conditions, of tumor-derived cells from human whole blood. CTCs being larger and less deformable than normal blood cells, we exploited theses physical traits to discriminate them. Sieve-like micro-devices were engineered to selectively sort out tumor-derived cells having as a priority the preservation of cell integrity and viability. In addition, devices were designed to allow direct access to the isolated biological material and thus perform in situ cell identification, such as immunocytochemistry, but also to potentially serve as a platform for functional analysis. We proposed two approaches compatible with clinical routine. The first approach consists in a customized guiding-strip equipped with integrated microfilters, designed to be introduced directly within the bloodstream through a conventional medical catheter to perform the capture of tumor-derived cells in vivo. The second approach aims to perform CTC isolation ex vivo through the integration of microfilters into a platform compatible with blood collection medical sets. Both technological developments were validated using a cancerous cell line suspended in either cell culture medium or whole blood. Our in vivo approach was optimized using a customized fluidic bench mimicking an artificial human vein and was tested successfully in an animal model. This prototype demonstrated its robustness and capability to capture tumor-derived cells in concentrations within the range found in metastatic patients. This sensitivity appraisal was carried out for the ex vivo approach, demonstrating analogous capture performances. We believe that these technologies could enable repeated and reliable CTC detection for prognosis and monitoring of treatment efficiency in metastatic patients.

Mots-Clés / Keywords
Liquid-biopsy; CTCs; Cancer-monitoring; Microfabrication; Microfiltration; 3D-microdevices; Biopsie liquide; Surveillance du cancer; Microdispositifs 3D;

144953
18305
23/08/2018

Liquid crystal based tunable PIN-photodiodes for detection around 1.55-µm

C.LEVALLOIS, C.PARANTHOEN, B.BOISNARD, T.CAMPS, B.SADANI, S.PES, S.BOUCHOULE, L.DUPONT, J.B.DOUCET, M.ALOUINI, V.BARDINAL

INSA Rennes, MICA, FOTON, C2N, TEAM

Manifestation avec acte : SPIE Nanoscience + Engineering ( ) 2018 du 19 août au 23 août 2018, San Diego (USA), Août 2018, 7p. , N° 18305

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01879173

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Abstract

In this work, we report InGaAs based photodiodes integrating liquid crystal (LC) microcells resonant microcavity on their surface. The LC microcavities monolithically integrated on the photodiodes act as a wavelength selective filter for the device. Photodetection measurements performed with a tunable laser operating in the telecom S and C bands demonstrated a wavelength sweep for the photodiode from 1480 nm to 1560 nm limited by the tuning range of the laser. This spectral window is covered with a LC driving voltage of 7V only, corresponding to extremely low power consumption. The average sensitivity over the whole spectral range is 0.4 A/W, slightly lower than 0.6 A/W for similar photodiodes that do not integrate such a LC tunable filter. The quality of the filter integrated onto the surfaces of the photodiodes is constant over a large tuning range (70 nm), showing a FWHM of 1.5 nm.

144750
18227
20/08/2018

Pushing the limits of optical information storage using deep learning

P.WIECHA, A.LECESTRE, N.MALLET, G.LARRIEU

CEMES/CNRS, TEAM, MPN

Rapport LAAS N°18227, Août 2018, 10p.

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01850258

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Abstract

Diffraction drastically limits the bit density in optical data storage. To increase the storage density, alternative strategies involving supplementary recording dimensions and robust read-out schemes must be explored. Here, we propose to encode multiple bits of information in the geometry of subwavelength dielectric nanostructures. A crucial problem in high-density information storage concepts is the robustness of the information readout with respect to fabrication errors and experimental noise. Using a machine-learning based approach in which the scattering spectra are analyzed by an artificial neural network, we achieve quasi error free read-out of 4-bit sequences, encoded in top-down fabricated silicon nanostructures. The read-out speed can further be increased exploiting the RGB values of microscopy images, and the information density could be increased beyond current state of the art. Our work paves the way towards high-density optical information storage using planar silicon nanostructures, compatible with mass-production ready CMOS technology.

144261
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