Test d'immunodiagnostic innovant combinant nanoparticules superparamagnétiques et micro-aimants

Development of tools and methods for a future magnetic "One STEP- ELISA"

• Auteur / Autrice : Guillaume Blaire
• Direction : Orphée Cugat, Franz Brückert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 16/10/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Christophe A. Marquette
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Orphée Cugat, Franz Brückert, Gilbert Reyne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Fourcade, Marie-Caroline Jullien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diagnostic biologique

Diélectrophorèse

Microfluidique

Mots clés libres

Magnetophorèse

Microfluidique

Dielectrophorese

Diagnostic in vItro

Micro-aimant

Superparamagnétisme

Magnetophoresis

Microfluidics

Dielectrophoresis

In vitro diagnostic

Micro-magnet

Superparamagnetism

Résumé

Les micro et nanoparticules magnétiques sont de plus en plus utilisées en biologie et en médecine, pour une large gamme d'applications. Plusieurs applications utilisent le piégeage et le guidage de ces billes sous l'effet d'un champ et d'un gradient de champ magnétique. Dans la plupart des applications, le champ magnétique est macroscopique, créé par un aimant ou un électro-aimant. L'intégration plus poussée est souvent envisagée, dans les articles scientifiques, par des microbobines ou par des éléments magnétiques doux. Ceux-ci doivent alors être polarisés par un champ externe (de nouveau, un électroaimant ou un aimant).Les micro-aimants mis au point à l'Institut Néel permettent d'obtenir les mêmes inductions que les meilleurs aimants du marché et, par conséquent, de par la réduction d'échelle, des gradients de champ intenses et donc des forces volumiques très conséquentes. Ils sont, de plus, favorables à l'autonomie et à la stabilité du système.Ce travail propose d'utiliser ces micro-aimants pour des applications en diagnostic In Vitro afin de tirer parti des forces volumiques importantes issues des micro-aimants et de la facilité d'utilisation de telles sources de champ magnétiques pour l'utilisateur.Ces premières constatations nous ont permis de mettre un place un test de type ELISA en une seule étape. Grâce à ces avantages, il a été possible d'utiliser des nanoparticules magnétiques à la place des classiques microparticules comme rapporté dans l'état de l'art. Ces nanoparticules, fonctionnalisables par des anticorps permettent entre autre d'augmenter le rapport surface sur volume phénomène très favorable à la sensibilité des tests de diagnostic In Vitro. De plus, les nanoparticules étant de petite taille, il est possible d'augmenter fortement leur concentration et de favoriser ainsi la capture de ces particules par les micro-aimants grâce à un mécanisme d'interaction fluide/particule et in fine la cinétique du test.Un autre avantage des micro-aimants permanents est la possibilité de contrôler le champ magnétique sur des distances micrométrique. Cela ouvre la voie à des tests de diagnostic sans lavage, simples et sensibles. Enfin, tous ces avantages ont été combinés à ceux de la microfluidique pour permettre l'émergence de test portables tout en restant efficaces. Pour cela l'autonomie intrinsèque aux micro-aimants permanents sera un avantage incontestable.

The range of applications for magnetic micro- and nanoparticles is constantly expanding, in particular in medicine and biology. A number of applications involve particle trapping and deviation under the effect of a magnetic field and field gradient. In most publications, the required magnetic fields are produced either using soft magnetic elements polarized by an external magnetic field, electromagnets or bulk permanent magnets.Micromagnets produce high fields and favor autonomy and stability while downscaling leads to an increase of field gradients and consequently increase strongly the forces.Micromagnets developped at the Neel Institute produce magnetic induction as good as the best macro-magnets. Therefore, thanks to scale reduction laws, high field gradients and therefore intense forces can be obtained. Moreover, these magnets can easily be integrated in micro systems such as BioMEMS.The purpose of this work is to use these micromagnets to develop in vitro immunoassays.. An innovative system based on superparamagnetic nanoparticles attraction by micromagnets was developed in order to perform a “one step” ELISA.Nanoparticles can be functionalized with antibodies, increasing the surface/volume ratio, and therefore the test sensitivity. Thanks to their small size, the nanoparticles concentration can be increased, and a fluid/particles interaction optimizes their capture by the micromagnets. This phenomena is favorable to immunoassay's kinetics.A micrometric control of the magnetic field is possible thanks to micromagnets: this allows to design simple and sensitive immunoassays that need no washing steps. Finally, these properties combined to microfluidics is used to design of point of care and sensitive immunoassays.