Ex-vivo detection of neural events using THz BioMEMS

Background: Electromagnetic frequencies up to a few terahertz (THz) can yield real-time and noninvasive measurements on biological matter. Unfortunately, strong absorption in aqueous solutions and low spatial resolution return difficult free-space investigations. A new approach based on integrated THz circuits was used. The authors designed and fabricated a BioMEMS (Biological MicroElectro-Mechanical System) compatible with microfluidic circulation and electromagnetic propagation. It is dedicated to the ex vivo detection of nitric oxide synthase (NOS) activity, which is involved in neurodegenerative phenomena. Material/Methods: The biological model was a leech's central nervous system. After its injury, the production of NO was observed and measured in the far-THz spectral domain. The nerve cord was put inside a BioMEMS realized in polydimethylsiloxane (PDMS) sealed on a glass wafer. Glass is a good material for supporting high-frequency integrated waveguides such as coplanar waveguides (CPWs). Measurements were performed with vectorial network analyser (VNA). Results: The transmission parameter in the frequency range of 0.14-0.22 THz was measured through CPWs located just below the microchannel containing the injured leech nerve cord. The lesion caused a decreased transmission coefficient due to the NOS activity. L-NAME was injected inside the microchannel and it was verified that it inhibits this activity. Conclusions: It was demonstrated that THz spectroscopy can detect a biochemical event, such as NOS activity around an injured leech's nerve cord, in real time. Future studies will be dedicated to quantitative measurements of the reaction products using the sophisticated management of several drugs allowed with microfluidic microsystems

Altering Variables in the Half-Reaction for the Synthesis of Selenium Nanoparticles on Supports

Faculty advisor: Abdennour AbbasThis research was supported by the Undergraduate Research Opportunities Program (UROP)

Burnout among surgeons before and during the SARS-CoV-2 pandemic: an international survey

Background: SARS-CoV-2 pandemic has had many significant impacts within the surgical realm, and surgeons have been obligated to reconsider almost every aspect of daily clinical practice. Methods: This is a cross-sectional study reported in compliance with the CHERRIES guidelines and conducted through an online platform from June 14th to July 15th, 2020. The primary outcome was the burden of burnout during the pandemic indicated by the validated Shirom-Melamed Burnout Measure. Results: Nine hundred fifty-four surgeons completed the survey. The median length of practice was 10 years; 78.2% included were male with a median age of 37 years old, 39.5% were consultants, 68.9% were general surgeons, and 55.7% were affiliated with an academic institution. Overall, there was a significant increase in the mean burnout score during the pandemic; longer years of practice and older age were significantly associated with less burnout. There were significant reductions in the median number of outpatient visits, operated cases, on-call hours, emergency visits, and research work, so, 48.2% of respondents felt that the training resources were insufficient. The majority (81.3%) of respondents reported that their hospitals were included in the management of COVID-19, 66.5% felt their roles had been minimized; 41% were asked to assist in non-surgical medical practices, and 37.6% of respondents were included in COVID-19 management. Conclusions: There was a significant burnout among trainees. Almost all aspects of clinical and research activities were affected with a significant reduction in the volume of research, outpatient clinic visits, surgical procedures, on-call hours, and emergency cases hindering the training. Trial registration: The study was registered on clicaltrials.gov "NCT04433286" on 16/06/2020

Fabrication et Fonctionnalisation de BioMEMS par Plasma Froid pour l'Analyse de la Biocatalyse en Spectroscopie TeraHertz

The applications of miniaturized devices are no longer limited to electronic industry. Today, a new kind of microsystems called BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems) are spreading in different fields, including biomedical, environmental and food industry applications. Recurring challenges are focusing on enabling processes for smaller, cost-effective, high-functionality devices, with more sensitivity and suitability for industrial scale development. This highly interdisciplinary thesis work attempts to provide new solutions to meet some of the needs mentioned above. It reports the fabrication, functionalization, and applications of a BioMEMS for enzyme reaction monitoring. First, we have developed a PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) process for the surface functionalization by plasma polymerized allylamine. Films with high amine density and enhanced stability in aqueous environment were obtained. The amine functions were then used for enzymes immobilization. The covalently bonded trypsin molecules were extensively characterized and kinetic parameters determined using several microscopic and spectroscopic methods. Finally, both optimized processes were applied to the biofunctionalization of a TeraHertz (THz)-based BioMEMS. THz spectroscopy is the only non-invasive analytic method able to monitor molecular events at the picosecond timescale by probing low binding energies directly. It is used here for sensing a biocatalysis reaction inside the bioMEMS microchannels. Sub-THz measurements (0.06-0.11 THz) showed that combining microfluidic microsystems technology with THz detection could be a promising alternative for label-free real-time detection of biological interactions at the microscale. Additionally, we have developed a new microchannel fabrication process using direct plasma polymerization of TMDS (TetraMethylDiSiloxane) on micropatterned surfaces. This achievement demonstrates that cold plasma processes could be used not only for functionalization purposes or surface treatment but for the 3D microfabrication as well. This highly reduces processing time and manual handling steps, which is of a great importance for further industrial scale production.Avec l'avènement des BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems), ce sont toutes les pratiques médicales, biologiques, environnementales et agro-alimentaires qui entament une nouvelle ère. Les enjeux scientifique et industriel se rejoignent dans la miniaturisation des systèmes de détection, l'amélioration de leurs sensibilités et la simplification de leurs procédés de fabrication. Cette thèse hautement interdisciplinaire s'inscrit dans le cadre de ces enjeux. Elle expose la fabrication, la bio-fonctionnalisation et l'application d'un BioMEMS pour l'analyse de réactions enzymatiques en temps réel et à l'échelle micrométrique. Deux choix stratégiques ont été adoptés pour ce travail: le premier concerne l'utilisation de la technologie des plasmas froids ou polymérisation plasma pour la fonctionnalisation de surface à travers le dépôt de films polymères d'allylamine. Ce dépôt a permis ultérieurement l'immobilisation covalente de la trypsine (enzyme modèle protéolytique) au sein du BioMEMS. Cette technologie a été également utilisée pour développer une méthode simple de microfabrication des circuits microfluidiques compatible avec une production à grande échelle. Le second choix concerne l'utilisation de ce bioMEMS autour d'une transduction TeraHertz (THz) mise au point au sein de l'équipe. La spectroscopie THz vise à détecter les événements moléculaires à l'échelle de la picoseconde, sans marqueur et d'une manière non-invasive, en sondant directement les liaisons chimiques de faible énergie. Au cours de ce travail, nous avons donc développé un procédé de fonctionnalisation de surfaces par des amines, optimisé une méthode de greffage des enzymes, et étudié l'activité de la trypsine immobilisée. Nous avons ensuite intégré ces étapes dans le procédé de microfabrication du BioMEMS. Les mesures réalisées dans le domaine sub-THz (0,06-0,11 THz) sur une réaction de biocatalyse confirment la faisabilité d'une telle approche comme méthode analytique en biologie. Les résultats des différentes études montrent également que le mariage des plasmas froids avec les méthodes lithographiques représente une voie efficace, rapide et très compétitive pour le transfert de la technologie des BioMEMS à l'échelle industrielle

Cold plasma fabrication and functionalization of teraHertz bioMEMS for enzyme reaction analysis

Avec l’avènement des BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems), ce sont toutes les pratiques médicales, biologiques, environnementales et agro-alimentaires qui entament une nouvelle ère. Les enjeux scientifique et industriel se rejoignent dans la miniaturisation des systèmes de détection, l’amélioration de leurs sensibilités et la simplification de leurs procédés de fabrication. Cette thèse hautement interdisciplinaire s’inscrit dans le cadre de ces enjeux. Elle expose la fabrication, la bio-fonctionnalisation et l’application d’un BioMEMS pour l’analyse de réactions enzymatiques en temps réel et à l’échelle micrométrique. Deux choix stratégiques ont été adoptés pour ce travail: le premier concerne l’utilisation de la technologie des plasmas froids ou polymérisation plasma pour la fonctionnalisation de surface à travers le dépôt de films polymères d’allylamine. Ce dépôt a permis ultérieurement l’immobilisation covalente de la trypsine (enzyme modèle protéolytique) au sein du BioMEMS. Cette technologie a été également utilisée pour développer une méthode simple de microfabrication des circuits microfluidiques compatible avec une production à grande échelle. Le second choix concerne l’utilisation de ce bioMEMS autour d’une transduction TeraHertz (THz) mise au point au sein de l’équipe. La spectroscopie THz vise à détecter les événements moléculaires à l’échelle de la picoseconde, sans marqueur et d’une manière non-invasive, en sondant directement les liaisons chimiques de faible énergie. Au cours de ce travail, nous avons donc développé un procédé de fonctionnalisation de surfaces par des amines, optimisé une méthode de greffage des enzymes, et étudié l’activité de la trypsine immobilisée. Nous avons ensuite intégré ces étapes dans le procédé de microfabrication du BioMEMS. Les mesures réalisées dans le domaine sub-THz (0,06-0,11 THz) sur une réaction de biocatalyse confirment la faisabilité d’une telle approche comme méthode analytique en biologie. Les résultats des différentes études montrent également que le mariage des plasmas froids avec les méthodes lithographiques représente une voie efficace, rapide et très compétitive pour le transfert de la technologie des BioMEMS à l’échelle industrielle.The applications of miniaturized devices are no longer limited to electronic industry. Today, a new kind of microsystems called BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems) are spreading in different fields, including biomedical, environmental and food industry applications. Recurring challenges are focusing on enabling processes for smaller, cost-effective, high-functionality devices, with more sensitivity and suitability for industrial scale development. This highly interdisciplinary thesis work attempts to provide new solutions to meet some of the needs mentioned above. It reports the fabrication, functionalization, and applications of a BioMEMS for enzyme reaction monitoring. First, we have developed a PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) process for the surface functionalization by plasma polymerized allylamine. Films with high amine density and enhanced stability in aqueous environment were obtained. The amine functions were then used for enzymes immobilization. The covalently bonded trypsin molecules were extensively characterized and kinetic parameters determined using several microscopic and spectroscopic methods. Finally, both optimized processes were applied to the biofunctionalization of a TeraHertz (THz)-based BioMEMS. THz spectroscopy is the only non-invasive analytic method able to monitor molecular events at the picosecond timescale by probing low binding energies directly. It is used here for sensing a biocatalysis reaction inside the bioMEMS microchannels. Sub-THz measurements (0.06-0.11 THz) showed that combining microfluidic microsystems technology with THz detection could be a promising alternative for label-free real-time detection of biological interactions at the microscale. Additionally, we have developed a new microchannel fabrication process using direct plasma polymerization of TMDS (TetraMethylDiSiloxane) on micropatterned surfaces. This achievement demonstrates that cold plasma processes could be used not only for functionalization purposes or surface treatment but for the 3D microfabrication as well. This highly reduces processing time and manual handling steps, which is of a great importance for further industrial scale production

Fabrication et fonctionnalisation de bioMEMS par plasma froid pour l'Analyse de la biocatalyse en spectroscopie téraHertz

Avec l avènement des BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems), ce sont toutes les pratiques médicales, biologiques, environnementales et agro-alimentaires qui entament une nouvelle ère. Les enjeux scientifique et industriel se rejoignent dans la miniaturisation des systèmes de détection, l amélioration de leurs sensibilités et la simplification de leurs procédés de fabrication. Cette thèse hautement interdisciplinaire s inscrit dans le cadre de ces enjeux. Elle expose la fabrication, la bio-fonctionnalisation et l application d un BioMEMS pour l analyse de réactions enzymatiques en temps réel et à l échelle micrométrique. Deux choix stratégiques ont été adoptés pour ce travail: le premier concerne l utilisation de la technologie des plasmas froids ou polymérisation plasma pour la fonctionnalisation de surface à travers le dépôt de films polymères d allylamine. Ce dépôt a permis ultérieurement l immobilisation covalente de la trypsine (enzyme modèle protéolytique) au sein du BioMEMS. Cette technologie a été également utilisée pour développer une méthode simple de microfabrication des circuits microfluidiques compatible avec une production à grande échelle. Le second choix concerne l utilisation de ce bioMEMS autour d une transduction TeraHertz (THz) mise au point au sein de l équipe. La spectroscopie THz vise à détecter les événements moléculaires à l échelle de la picoseconde, sans marqueur et d une manière non-invasive, en sondant directement les liaisons chimiques de faible énergie. Au cours de ce travail, nous avons donc développé un procédé de fonctionnalisation de surfaces par des amines, optimisé une méthode de greffage des enzymes, et étudié l activité de la trypsine immobilisée. Nous avons ensuite intégré ces étapes dans le procédé de microfabrication du BioMEMS. Les mesures réalisées dans le domaine sub-THz (0,06-0,11 THz) sur une réaction de biocatalyse confirment la faisabilité d une telle approche comme méthode analytique en biologie. Les résultats des différentes études montrent également que le mariage des plasmas froids avec les méthodes lithographiques représente une voie efficace, rapide et très compétitive pour le transfert de la technologie des BioMEMS à l échelle industrielle.The applications of miniaturized devices are no longer limited to electronic industry. Today, a new kind of microsystems called BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems) are spreading in different fields, including biomedical, environmental and food industry applications. Recurring challenges are focusing on enabling processes for smaller, cost-effective, high-functionality devices, with more sensitivity and suitability for industrial scale development. This highly interdisciplinary thesis work attempts to provide new solutions to meet some of the needs mentioned above. It reports the fabrication, functionalization, and applications of a BioMEMS for enzyme reaction monitoring. First, we have developed a PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) process for the surface functionalization by plasma polymerized allylamine. Films with high amine density and enhanced stability in aqueous environment were obtained. The amine functions were then used for enzymes immobilization. The covalently bonded trypsin molecules were extensively characterized and kinetic parameters determined using several microscopic and spectroscopic methods. Finally, both optimized processes were applied to the biofunctionalization of a TeraHertz (THz)-based BioMEMS. THz spectroscopy is the only non-invasive analytic method able to monitor molecular events at the picosecond timescale by probing low binding energies directly. It is used here for sensing a biocatalysis reaction inside the bioMEMS microchannels. Sub-THz measurements (0.06-0.11 THz) showed that combining microfluidic microsystems technology with THz detection could be a promising alternative for label-free real-time detection of biological interactions at the microscale. Additionally, we have developed a new microchannel fabrication process using direct plasma polymerization of TMDS (TetraMethylDiSiloxane) on micropatterned surfaces. This achievement demonstrates that cold plasma processes could be used not only for functionalization purposes or surface treatment but for the 3D microfabrication as well. This highly reduces processing time and manual handling steps, which is of a great importance for further industrial scale production.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Procédé de fabrication de microcanaux sur un support, et support comprenant de tels microcanaux

n° de priorité : FR20090051200 20090225 ; également publié en tant que : WO2010097548 (A1) 2010-09-02 ; CA2752733 (A1) 2010-09-02 ; FR2942465 (B1) 2011-03-18 ; EP2401224 (A1) 2012-01-04 ; US2012043649 (A1) 2012-02-23 ; EP2401224 (B1) 2012-08-2