Une approche innovante pour la manipulation de supports solides magnétiques en microfluidique des gouttes

An innovative approach for magnetic solid supports handling in droplet microfluidics

• Auteur / Autrice : Marco Serra
• Direction : Jean-Louis Viovy, Stéphanie Descroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/01/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Cellules et Cancer (Paris ; 2024-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Charles Baroud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis Viovy, Stéphanie Descroix, Charles Baroud, Petra S. Dittrich, Jean-Christophe Baret, Marie-Caroline Jullien, Patricia de Cremoux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Petra S. Dittrich, Jean-Christophe Baret

Mots clés

Mots clés libres

Microfluidique des gouttes

Séparation magnétique

Analyses biochimiques

Droplet microfluidics

Magnetic separation

Biochemical analysis

Résumé

La microfluidique de gouttes est un domaine en pleine essor et ce grâce à ses caractéristiques particulières (faible consommation d’échantillon et de réactifs, diminution des temps d’analyse) qui en font un candidat de choix pour les applications bioanalytiques. Cet engouement est également lié aux différentes fonctionnalités disponibles en microfluidique de gouttes, telles que la génération de gouttes, leur fusion, leur brisure, leur tri ou l’encapsulation d’objet en leur sein. Ces différentes fonctionnalités ont notamment permis de réaliser de nombreuses réactions en phase liquide.Récemment, des stratégies innovantes ont été proposées afin d’introduire une phase solide dans les gouttes et ce via la manipulation de particules magnétiques. Différentes approches ont ainsi été reportées dans la littérature, mais à ce jour aucune approche microfluidique n’a été développée qui permettrait d’extraire et de préconcentrer un analyte d’intérêt présent dans une matrice complexe le tout avec des performance comparables au format conventionnel mais avec un temps d’analyse plus court et dans un format intégré.Dans ce contexte, nous avons conçu, microfabriqué et caractérisé un nouvelle approche de microfluidique de gouttes basée sur l’intégration de structures magnétiques adjacentes au microcanal principal qui permettent de générer une force magnétique importante localement lorsque ce structures sont activées par un aimant extérieur. Notre nouvelle approche permet notamment de combiner des étapes de capture/relargage mais aussi de clean-up et ce à haut débit. Nous avons ainsi montré que cette nouvelle approche permet l’intégration de processus multi-étapes complexes. Nous l’avons illustré en mettant en œuvre cette approche pour la préparation de librairies pour le séquençage nouvelle génération.

Droplet microfluidics systems are experiencing a growing relevance in the bioanalytical-related fields, especially due to lower sample/reagents consumption, increased sensitivity and faster reaction time of its derived bioassays. This is due to the wide set of functionalities currently available in the droplet microfluidic toolbox (i.e., droplet generation, merging, splitting, sorting, cell encapsulation,…), fostering the implementation of homogeneous (liquid/liquid) processes. Recently, innovative strategies for the development of heterogeneous (typically solid/liquid) reactions have been proposed, based on the manipulation of functionalized magnetic solid-state supports to target specific entities. Different microfluidic principles have been presented for the manipulation of such supports; however, a robust device allowing the possibility to enrich or extract an analyte of interest from a complex matrix with performances comparable with those of lab-scale methods but guaranteeing faster processing times is still highly desired.To answer these needs, in this work we present the conception, fabrication and characterization of a novel droplet microfluidic approach based on the integration of a pair of soft magnetic components, placed adjacently to a microchannel and able to generate a strong and local magnetic force along the path of the droplet. Our concept combines both the capture/release and the clean/up functionality with the high throughput processing, including thus all the skills required for the implementation of multi-steps protocol. In particular, the size selection of nucleic acid libraries in next generation sequencing (NGS) application will be presented as a first proof of concept of our device.