Compartimentalisation aux hauts débits avec gel thermosensible. Application aux études des bactéries

High throughput compartmentalization with thermosensitive hydrogel. Application to bacteria studies

• Auteur / Autrice : Marjan Abdorahim
• Direction : Patrick Tabeling
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 15/02/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie, Biologie, Innovation (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Michaël Tatoulian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Tabeling, Anne-Marie Gué, Vincent Senez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Marie Gué, Vincent Senez

Mots clés

Mots clés libres

Microfluidique

Bacteries

Hydrogel thermosensible

Bacteria

Microfluidic

Thermosensitive Hydrogel

Résumé

Au cours des dernières décennies, les systèmes microfluidiques ont été largement utilisé pour compartimenter des échantillons biologiques tels que des cellules ou des biomolécules sécrétées. Cette thèse porte sur un nouveau système microfluidique, basé sur des hydrogels de polymères et comprenant 300000 micropuits pour assurer la compartimentation. La puce microfluidique développé au cours de cette thèse se compose principalement de deux parties : sur la partie supérieure une couche d’hydrogel est greffée par liaisons covalentes sur une lame de verre. La partie inférieure est composée de PDMS, dans laquelle est dessiné un réseau de micropuits. Ce système peut être utilisé dans différentes applications, allant des cultures de bactéries au sein d’une population et à échelle de la cellule unique, jusqu'à l'amplification des acides nucléiques.Dans un second temps, les propriétés hydrodynamiques de cette nouvelle puce microfluidique et sa capacité à piéger des particules micrométriques sont étudiés. Dans un troisième temps, et compte tenu de ses particularités, le système est exploité pour la culture de bactéries. Cette méthode fournit un très haut niveau de contrôle dans des conditions environnementales, ainsi que la possibilité d’en extraire des cellules pour une analyse hors puce, ce qui confère au système toute sa nouveauté. La puce est utilisée pour la culture de bactéries aérobies à deux échelles différentes, l’une à échelle d’une population et l’autre à échelle unicellulaire.En dernier lieu, les propriétés mécaniques d’hydrogels de PNIPAM, matériau étant le principal constituant du système, sont étudiées en SFA. Des modèles élastiques et modèle poros permettent de discuter des résultats.

Over the past decades, microfluidics systems from droplets to microwell system have been used widely for compartmentalization of biological samples such as cells and secreted biomolecules. Here in this thesis, new hydrogel based microfluidic system with 300000 microwells is introduced for compartmentalization. The device is made of two main layers, the top side includes hydrogel covalently grafted to glass slide while the bottom part is consist of microwells made of PDMS. The system can be used for different application from bacteria cultivation in both population and single cell level to amplification of nucleic acids.In the second chapter the hydrodynamics and potential of the microfluidic platform for entrapment of micrometric particles is investigated. Considering the characteristic of the microfluidic platform, in third chapter, the system is used for bacteria cultivation. The novelty consists in a method which provide high control in environmental conditions for high throughput with possibility of retrieving cells for off chip analysis. The chip is used for both population level culturing and single cell level culturing of aerobic bacteria. In the last chapter, the mechanical properties of PNIPAM hydrogel thin films, as a main compartment of the system is studied using SFA instruments. The results are discussed by using elastic and porous modeling.