Homogénéisation de l'écoulement dans une cellule de Hele-Shaw et caractérisation par µPIV en champ large

Dans les capteurs biologiques basés sur la microfluidique, l'analyte d'intérêt est en général amené en contact avec une surface fonctionnalisée où il est capturé. Cette surface est ensuite analysée par mesure optique (SPR...) ou acoustique (QCM...), permettant ainsi de quantifier précisément les analytes présents dans le liquide. Notre groupe développe des capteurs acoustiques à base de membranes résonantes couplées qui sont agencées en matrice pour augmenter la sensibilité du capteur. Cette architecture nécessite l'utilisation d'une grande chambre d'analyse, de l'ordre de 1cmx1cm, où les écoulements doivent être contrôlés pour garantir une bonne homogénéité des débits sur l'ensemble de la surface du capteur lors de l'insertion ou du renouvellement des fluides dans la cavité. On limite ainsi les écarts de traitement lors des réactions de fonctionnalisation, de capture, d'inactivation ou encore lors des étapes de nettoyage de la surface de capture. Il est dès lors nécessaire de concevoir des puces microfluidiques où la géométrie et les caractéristiques des fluides permettent un écoulement homogène sans zone morte ou zone de recirculation au sein de la chambre. Ainsi nous avons étudié différentes géométries de canaux d'entrée et de sortie dans une chambre microfluidique de grande surface et de faible profondeur, à travers des simulations par éléments finis en 2D et par le développement d'un banc expérimental de caractérisation d'écoulements. Pour minimiser le volume de l'échantillon à analyser et pour faciliter la diffusion des bio-analytes vers la surface d'interaction, nous avons fixé la hauteur de la chambre à 80µm. Dans ces conditions, nous nous plaçons dans un régime d'écoulement laminaire et la cavité microfluidique peut être assimilée à une cellule de Hele-Shaw de 1cm x 1cm de côté. La simulation des écoulements par éléments finis de ces structures a été faite sous COMSOL en utilisant le modèle laminaire 2D avec approximation de faible profondeur, qui correspond bien à l'écoulement de Hele-Shaw. Nous avons étudié 5 configurations différentes en faisant varier le nombre et l'espacement des canaux d'alimentation (1 entrée/1 sortie, 16 entrées/1 sortie, 16 entrées/16 sorties) et la géométrie de la chambre (carrée, losange, bézier). L'objectif de vitesse moyenne dans la chambre était de 200µm/s et l'uniformité de l'écoulement a été évaluée en observant le profil de vitesse dans différentes sections. Pour l'étude expérimentale, les dispositifs microfluidiques ont été réalisés par microfabrication en salle blanche. Les canaux fluidiques et la chambre sont structurés dans un substrat de silicium par gravure chimique KOH puis la chambre est refermée par collage anodique d'un substrat de verre autorisant l'observation optique.  La mesure expérimentale des vitesses d'écoulement a demandé de concevoir un nouveau banc de µPIV permettant l'observation sur un champ d'un cm², tout en visualisant, en lumière blanche, des particules de faible taille. Ces particules en mélamine ont un diamètre de 920 nm pour répondre aux contraintes de sédimentation et de non modification des écoulements. La mesure locale du champ de vitesse est obtenue par corrélation entre des paires d'images espacées de 50ms, puis en faisant une moyenne sur 100 paires d'image. Nous présenterons dans l'exposé la comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques pour les différentes chambres étudiées, qui montrent que l'on peut améliorer, en fonction de la configuration de la chambre, l'homogénéité des écoulements d'un facteur d'environ 5 sur 80% de la section

Servitude et grandeur militaires

Ġabra ta’ poeżiji u proża li tinkludi: Notturn op. 9 nru 2 ta’ Beverly Agius – Naf ta’ Carmel Azzopardi – Ħsejjes ħajja ta’ Clifton Azzopardi – Il-ġrajja t’għasfur stramb ta’ Mario Azzopardi – Tektik...u għana ta’ Rena Balzan – Kun af li f’qiegħ għajnejk ta’ Charles Bezzina – Il-qalb imwebbsa ta’ Ġorġ Borg – Bħal ħuta mġewħa ta’ Louis Briffa – Taħt il-Mezquita, Cordòba ta’ Norbert Bugeja – Il-maskarat ta’ Alfred Degabriele – Trid mara ta’ Leanne Ellul – Id-dgħajsa ta’ Victor Fenech – Ilħna ta’ Joe Friggieri – Roulette ta’ Joe Friggieri – Għera ta’ Joe P. Galea – Ħġieġa ta’ Maria Grech Ganado – Ġenna qatt mirbuħa ta’ Karmenu Mallia – Il-fantażma tal-mara mqarba ta’ Albert Marshall – Daħlet Qorrot ta’ Daniel Massa – Granada, parque central ta’ Immanuel Mifsud – Waħda mara ta’ Immanuel Mifsud – Mors ta’ Therese Pace – Għada ta’ Alfred Palma – Emmint xejn ma jintemm ta’ Ġorġ Peresso – Tuffieħa bl-imsiemer tal-qronfol ta’ John Peter Portelli – Lil Karmenu Vassallo ta’ Andrew Sciberras – Irrid il-qamar jiddi ta’ Carmel Scicluna – Din il-biċċa ħuta ta’ Steve Borg – Karta li taret mar-riħ ta’ Lina Brockdorff – Nixtieq, u kemm nixtieq! ta’ J. J. Camilleri – Caterina ta’ Sandro Mangion – L-għajta tal-pappagall ta’ Pierre J. Mejlak – Id-destin ta’ Laurence Mizzi – L-arloġġ tal-bozza ta’ Rita Saliba – Kurżità ta’ Alfred Sant – Il-ġeneral ta’ Vincent Vella – Mirja ta’ Trevor Żahra – L-adulteri ta’ Golan Haji, traduzzjoni ta’ Clare Azzopardi u Albert Gatt – L-istennija ta’ Berislav Blagojević, traduzzjoni ta’ Kit Azzopardi – Il-qattus ta’ Ghassan Kanafani, traduzzjoni ta’ Walid Nabhan – L-iben addottat ta’ Guy de Maupassant, traduzzjoni ta’ Josette Attard – Sunett nru. 18 ta’ William Shakespeare, traduzzjoni ta’ Alfred Palma – Llanto por Ignacio Sánchez Mejías ta’ Federico Garcia Lorca, traduzzjoni ta’ Therese Pace – Servitude et grandeur militaires ta’ Alfred de Vigny, traduzzjoni ta’ Paul Zahra.peer-reviewe

Mediterran

Ġabra ta’ poeżiji u proża li tinkludi: Għal Ġorġ Pisani ta’ Joe Zammit Tabona – Din gżira niexfa ta’ Clare Azzopardi – Ersaqt lejn il-baħar ta’ Charles Bezzina – Passaġġi ta’ Ġorġ Borg – Firenze ta’ Louis Briffa – Riħet ix-xemgħa ta’ John Caruana – Jum ir-riflessjoni ta’ Antoine Cassar – Fjura fqajra ta’ Carmel Ġ. Cauchi – Qatra ta’ Maria Grech Ganado – Lill-bufula ta’ fuq iz-zuntier ta’ Maurice Mifsud Bonnici – Tinsinix! ta’ Joe Zammit Tabona – In-nanna lbieraħ u jien illum! – tifkiriet ta’ Lina Brockdorff – L-għaddas ta’ Alex Vella Gera – Għassa ta’ Adrian Grima – It-tfajla tal-ħolm ta’ Anne Marie Scerri – Meta tagħmel l-ewwel xita ta’ Trevor Żahra – Ħajta deni ta’ Jordi Punti, traduzzjoni ta’ Immanuel Mifsud – Arnarstapi, l-Iżlanda ta’ Susan Richardson, traduzzjoni ta’ Simone Inguanez – Ħuta ta’ Aki Salmela, traduzzjoni ta’ Simone Inguanez – Ma kellniex triq oħra ta’ Roman Simic, traduzzjoni ta’ Immanuel Mifsud – Mediterran ta’ Cruciani Valerio, traduzzjoni ta’ Antoine Cassar.peer-reviewe

Microfluidic device for injecting fluids through close-packed droplets : Application to biosensors

La microfluidique, domaine de recherche qui a émergé il y a juste 20 ans, a permis de réduire les dimensions des dispositifs d’analyse biologique ouvrant la porte au concept de « laboratoire-sur-puce » (lab-on-chip). Les succès de cette approche sont déjà nombreux, depuis l’analyse du génome en passant par la réduction du coût des analyses médicales. L’utilisation de gouttes comme enceinte réactionnelle au sein de ces dispositifs est une évolution récente qui permet de réduire encore le volume des échantillons biologiques et d’augmenter la vitesse d’analyse en parallélisant les mesures.Notre équipe développe des capteurs acoustiques dédiés à la détection d’analytes biologiques en milieu liquide. Ce type de capteur a pour principal défaut de ne permettre qu’une mesure contraignant au remplacement de l’interface de biodétection pour une réutilisation éventuelle du capteur. Dès lors, ils utilisent majoritairement une chambre de détection tout ou partie jetable, même si quelques travaux de recherche ont pu montrer la régénération d’un capteur par traitement chimique.Nous proposons ici de s’affranchir des étapes lourdes de remplacement ou de traitement de l’interface de détection qui conduisent entre chaque mesure au démontage du dispositif de détection. Nous employons dans ce cas les gouttes non plus comme enceinte réactionnelle mais comme interface de détection mobile. Elles ont ainsi le potentiel d’être générées et fonctionnalisées directement dans le dispositif pour détecter un analyte spécifique et peuvent être simplement évacuées afin de régénérer l’interface pour effectuer une mesure différente.Les travaux présentés dans cette thèse visent plus particulièrement la capture sur gouttes fonctionnalisées dans ce type de capteur innovant. Ils exposent le développement, incluant la fabrication et la caractérisation, de ces dispositifs microfluidiques ainsi que le montage d’un banc de test expérimental dédié. Ce sujet est suivi de deux projets ancillaires de développement de dispositifs microfluidiques liés aux capteurs acoustiques et à l’utilisation de gouttes. Le premier vise à homogénéiser les vitesses d’écoulements dans une chambre réactionnelle. Le second exploite les propriétés de génération de gouttes pour réaliser un condensateur à capacité variable.Since two decades the research on microfluidics systems allowed creating devices for biological detection with regular improvement in compactness, functionality integration and quantity of biological sample, leading to the concept of lab-on-chip. This approach has resulted in dramatic changes in the biomedical field, for example, opening the possibility to perform genomic analysis or improving the medical analysis cost. Using droplet as reaction chamber is a recent evolution that leads to a decrease in biological sample volume and an increase in analysis speed by multiplexing.Our team develops acoustical sensors dedicated to detect biomarker of interest in liquids. The principal weakness of theses sensors lies in their need for replacement of the biodetection interface for performing a new measurement. Accordingly, they use a detection chamber partially or totally disposable. However, few research works showed reusability of sensor by regenerating the bioreceptor layer on the detection interface by chemical treatment.We are proposing to avoid the replacement or the chemical treatment of the detection interface that requires dismounting the device between measurements. We are using here droplets, not as reaction chambers but as movable detection interface. They can be generated and configured directly inside the device to detect a specific biomarker. Then, droplets can be easily evacuated and replaced through the device, which allows to chain measurement of various configurations without dismounting it.The research work conducted in this thesis focuses on the fluidic aspects of this innovative sensor. They show development, including realization and characterization, of theses microfluidic devices and its dedicated characterization setup. This project is followed by two ancillary works about development of microfluidic devices for acoustical sensors and droplets systems. The first one is aiming at the homogenization of the flow velocity inside a reaction chamber. The second one is exploiting property of droplet generation for the realization of a variable capacitance capacitor

A Fluidic Interface with High Flow Uniformity for Reusable Large Area Resonant Biosensors

Resonant biosensors are known for their high accuracy and high level of miniaturization. However, their fabrication costs prevent them from being used as disposable sensors and their effective commercial success will depend on their ability to be reused repeatedly. Accordingly, all the parts of the sensor in contact with the fluid need to tolerate the regenerative process which uses different chemicals (H3PO4, H2SO4 based baths) without degrading the characteristics of the sensor. In this paper, we propose a fluidic interface that can meet these requirements, and control the liquid flow uniformity at the surface of the vibrating area. We study different inlet and outlet channel configurations, estimating their performance using numerical simulations based on finite element method (FEM). The interfaces were fabricated using wet chemical etching on Si, which has all the desirable characteristics for a reusable biosensor circuit. Using a glass cover, we could observe the circulation of liquid near the active surface, and by using micro-particle image velocimetry (μPIV) on large surface area we could verify experimentally the effectiveness of the different designs and compare with simulation results

Dispositifs microfluidiques pour l’injection de fluides à travers un réseau de gouttes : application biocapteur

Since two decades the research on microfluidics systems allowed creating devices for biological detection with regular improvement in compactness, functionality integration and quantity of biological sample, leading to the concept of lab-on-chip. This approach has resulted in dramatic changes in the biomedical field, for example, opening the possibility to perform genomic analysis or improving the medical analysis cost. Using droplet as reaction chamber is a recent evolution that leads to a decrease in biological sample volume and an increase in analysis speed by multiplexing.Our team develops acoustical sensors dedicated to detect biomarker of interest in liquids. The principal weakness of theses sensors lies in their need for replacement of the biodetection interface for performing a new measurement. Accordingly, they use a detection chamber partially or totally disposable. However, few research works showed reusability of sensor by regenerating the bioreceptor layer on the detection interface by chemical treatment.We are proposing to avoid the replacement or the chemical treatment of the detection interface that requires dismounting the device between measurements. We are using here droplets, not as reaction chambers but as movable detection interface. They can be generated and configured directly inside the device to detect a specific biomarker. Then, droplets can be easily evacuated and replaced through the device, which allows to chain measurement of various configurations without dismounting it.The research work conducted in this thesis focuses on the fluidic aspects of this innovative sensor. They show development, including realization and characterization, of theses microfluidic devices and its dedicated characterization setup. This project is followed by two ancillary works about development of microfluidic devices for acoustical sensors and droplets systems. The first one is aiming at the homogenization of the flow velocity inside a reaction chamber. The second one is exploiting property of droplet generation for the realization of a variable capacitance capacitor.La microfluidique, domaine de recherche qui a émergé il y a juste 20 ans, a permis de réduire les dimensions des dispositifs d’analyse biologique ouvrant la porte au concept de « laboratoire-sur-puce » (lab-on-chip). Les succès de cette approche sont déjà nombreux, depuis l’analyse du génome en passant par la réduction du coût des analyses médicales. L’utilisation de gouttes comme enceinte réactionnelle au sein de ces dispositifs est une évolution récente qui permet de réduire encore le volume des échantillons biologiques et d’augmenter la vitesse d’analyse en parallélisant les mesures.Notre équipe développe des capteurs acoustiques dédiés à la détection d’analytes biologiques en milieu liquide. Ce type de capteur a pour principal défaut de ne permettre qu’une mesure contraignant au remplacement de l’interface de biodétection pour une réutilisation éventuelle du capteur. Dès lors, ils utilisent majoritairement une chambre de détection tout ou partie jetable, même si quelques travaux de recherche ont pu montrer la régénération d’un capteur par traitement chimique.Nous proposons ici de s’affranchir des étapes lourdes de remplacement ou de traitement de l’interface de détection qui conduisent entre chaque mesure au démontage du dispositif de détection. Nous employons dans ce cas les gouttes non plus comme enceinte réactionnelle mais comme interface de détection mobile. Elles ont ainsi le potentiel d’être générées et fonctionnalisées directement dans le dispositif pour détecter un analyte spécifique et peuvent être simplement évacuées afin de régénérer l’interface pour effectuer une mesure différente.Les travaux présentés dans cette thèse visent plus particulièrement la capture sur gouttes fonctionnalisées dans ce type de capteur innovant. Ils exposent le développement, incluant la fabrication et la caractérisation, de ces dispositifs microfluidiques ainsi que le montage d’un banc de test expérimental dédié. Ce sujet est suivi de deux projets ancillaires de développement de dispositifs microfluidiques liés aux capteurs acoustiques et à l’utilisation de gouttes. Le premier vise à homogénéiser les vitesses d’écoulements dans une chambre réactionnelle. Le second exploite les propriétés de génération de gouttes pour réaliser un condensateur à capacité variable

Optical Spectroscopy Methods to Monitor Cells and Bacteria Concentrations and to Detect Contamination during Cell Culture: Application to the Fabrication of ATMPs

International audienceCurrently, the production of Advanced Therapy Medicinal Products is highly sensitive to any contamination sources and therefore takes place in clean and sterile environments. Several days are required for each production, making these products extremely expensive. Throughout the process, numerous quality controls must be performed. This is especially true during the expansion phase in order to monitor cell growth and to detect any contamination. Bioreactor’s content must periodically be sampled to perform these controls. Two major drawbacks can be identified: a delayed knowledge of the quality control result and an additional risk of new contaminations due to sampling. In this work, we present optical spectroscopy methods which can be used to drastically reduce the risk of contamination. They provide a real time control of what happens in the bioreactor in a closed system manner. Cell concentrations are measured with an accuracy below 5% and contamination can be detected about 3 h after it occurred. The real time operation leads to several tens of thousand dollars’ savings because it allows stopping the production as soon as a problem arises. Consequently, the price of these products should be greatly reduced and they may be proposed to more patients

Functional analysis to drive research and identify regulation requirements: an example with a lithium monitoring device

International audienceMedical device development is often understood as a linear process with design stages occurring sequentially. First stages are usually performed in order to specify the future device definition through interviews/meetings of the end-users, researchers and manufacturers. Because the medical device is original, these first stages mainly involve end-users and researcher. However, regulation constraints and economic reality sometimes makes manufacturers hesitant to base the industrial development on this initial basis. Functional analysis, well known by manufacturers, is a method used to accurately define the final functions of a medical device. In this conference, we estimate that the functional analysis can be put to profit in a more efficient way if researchers and end-users get familiar with it prior to the interview/meeting stages. Although the results of such knowledge democratisation is not demonstrated here, we present the function analysis conducted on a lithium monitoring device according to this multidisciplinary approach. We also show that function analysis can be used not only to drive research actions but also to identify regulation requirements

A Fluidic Interface with High Flow Uniformity for Reusable Large Area Resonant Biosensors

International audienceResonant biosensors are known for their high accuracy and high level of miniaturization. However, their fabrication costs prevent them from being used as disposable sensors and their effective commercial success will depend on their ability to be reused repeatedly. Accordingly, all the parts of the sensor in contact with the fluid need to tolerate the regenerative process which uses different chemicals (H3PO4, H2SO4 based baths) without degrading the characteristics of the sensor. In this paper, we propose a fluidic interface that can meet these requirements, and control the liquid flow uniformity at the surface of the vibrating area. We study different inlet and outlet channel configurations, estimating their performance using numerical simulations based on finite element method (FEM). The interfaces were fabricated using wet chemical etching on Si, which has all the desirable characteristics for a reusable biosensor circuit. Using a glass cover, we could observe the circulation of liquid near the active surface, and by using micro-particle image velocimetry (μPIV) on large surface area we could verify experimentally the effectiveness of the different designs and compare with simulation results

Is usability engineering anticipation possible during the initial research actions? An example with the R-Link in vitro self-monitoring device.

International audienceBipolar disorders are severe and complex psychiatric disorders and lithium remains one of the most effective drugs for relapse prevention. Despite its effectiveness, prescription of lithium therapy can be complicated because of its narrow therapeutic range. Furthermore, adherence to treatment is generally low. One means of improving adherence would be to make the patient an actor of his/her treatment. The possibility to control the lithium level with a device that can be used at home would favor this involvement. Although the main part of the work to produce a device is research and development, regulatory analysis, including usability, should not be neglected. Indeed, some design choices should be made taking into account usability constraints. This ensure the fabrication of a device which will be safe, effective and well accepted by the intended users. In this conference, we present actions taken in this direction during the R-Link project