Micro-biosystèmes personnalisables pour des applications spécifiques en pharmacologie et médecine

Il s'agit de développer et réaliser un concept de fabrication de micro-biosystèmes personnalisables, actifs et miniatures pour effectuer des analyses simultanées in-situ de substances et/ou cellules vivantes.

Le projet MUBIOS du programme Diagnostic Biochips a développé et étudié des briques technologies pour réaliser, à l’échelle de quelques centaines de microns, des canaux et des réservoirs susceptibles de distribuer et contenir des volumes précis de substances organiques à analyser de manière chimique ou biophysique. MUBIOS a démontré que l’usinage du verre par abrasion pneumatique ouvre la voie vers la réalisation, à grande échelle et à un coût réduit, de puces micro-fluidiques en verre, de design personnalisable et entièrement recyclable. Une attention particulière a été mise sur le bounding de couches de verre pour réaliser des structures tridimensionnelles (canaux et réservoirs) complètement étanches. Deux autres techniques de fabrication de micro-réservoirs et micro-canaux ont été développées : par jet d’encre et par nano- et micro-gravures à l’aide d’une pointe fine (par exemple sous microscope à force atomique). Ces dernières techniques permettent de produire des micro-canaux de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres de largeur. La gravure par microscopie à force atomique atteint des structures submicrométriques.

Pour pouvoir analyser les substances contenues dans les réservoirs et micro-réservoirs, via des capteurs physiques ou optiques, MUBIOS a mené ses recherches et développements sur des technologies permettant soit le dépôt en surface d’électrodes ou de pistes fines, soit en réalisant des électrodes traversant le substrat de verre. Le prototypage rapide de l’impression des électrodes par jet d’encre donne des résultats prometteurs pour l’impression des pistes fines. Toutefois l’adhésion et la biocompatibilité des pistes électriques posent encore des défis technologiques en vue des applications de longue durée et en milieu agressif. En ce qui concerne les électrodes traversantes, les nombreux essais et tests ont montré les limites de la technique d’usinage du verre par abrasion pneumatique. La voie prometteuse à poursuivre est celle de l’utilisation d’un femto laser, voie qui n’a pu être testée.

En parallèle, un concept de fabrication de microsystème ou microchip a été développé dans MUBIOS, pour assembler les réservoirs, les micro-canaux, les électrodes en contact avec la substance à analyser ; également l’électronique d’acquisition des signaux électriques.

L’électronique spécialement développée dans le cadre de MUBIOS tient compte du design des contacts électriques traversants et du type de signaux à capter. Elle permet de gérer quatre puits de cultures indépendamment les uns des autres. Chaque puit comporte dix électrodes pouvant être configurées en mode « stimulations » et/ou « mesures ». Les données mesurées sont transmises vers un PC à l’aide d’un lien Wifi ou USB. L’électronique est encapsulée dans un boitier permettant de faciliter la manipulation du dispositif.

L’électronique MUBIOS travaille avec deux types de microcontrôleurs distincts : « Master » et « Slave ». Le premier est utilisé pour gérer l’ensemble du système, tandis que le second est uniquement dédié à la gestion d’un puit de mesures. Ainsi, le dispositif comporte 5 microcontrôleurs : 1 « master » et 4 « slaves ». L’électronique est en cours de tests