Estimation de position par des techniques d’impédancemétrie : applications aux puces microfluidiques

Position estimation by impedance measurement techniques : applications to microfluidic chips

• Auteur / Autrice : Benoit Brazey
• Direction : Michaël Gauthier, Aude Bolopion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 06/06/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Eablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Bideaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Gauthier, Aude Bolopion, Eric Bideaux, Antoine Ferreira, Christine Prelle, Franck Chollet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Antoine Ferreira, Christine Prelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Procédures d'analyse par micropuces

Impédance acoustique -- Mesure

Mots clés libres

Détection de position

Impédancemétrie

Puce fluidique

Estimation d’état

Position detection

Impedancemetry

Fluidic chip

State estimation

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le cadre applicatif général de l'analyse de cellules uniques. Afin d’améliorer la sélectivité du tri de cellules uniques, les équipes de FEMTO-ST proposent de contrôler en boucle fermée les trajectoires des cellules entemps réel pendant leur trajet dans les puces dédiées au tri. Dans ce cadre, mes travaux de thèse portent sur une méthode novatrice de détection en temps-réel de la position des cellules, directement intégrée aux puces et basée sur le principephysique de la mesure d'impédance.Lors du passage d’une cellule dans un microcanal, celle-ci vient modifier l’impédance mesurable entre des électrodes placées sur les bords du canal.Une méthode générique permettant de formuler les variations d'impédance en fonction de la position de la particule été proposée (modèledirect).Une méthode d'estimation de la position d’une particule reposant sur les mesures d’impédance a également été proposée (modèle inverse). Celle-ci exploite un filtre de Kalman étendu, permettant la fusion de données en provenance de plusieurspaires d'électrodes, et exploitant les informations disponibles telles que la distribution du bruit de mesure et le modèle dynamique de la particule.La validation de la méthode a été effectuée sur un banc expérimental qui a été développé lors de cette thèse et sur des simulations numériques.Ces travaux montrent la pertinence d’exploiter l’impédancemétrie pour construire un capteur de position de particules immergées dans un microcanal. Cette méthode est une alternative à l’utilisation de microscopes optiques et présente l’avantage d’une grande compacité.

This thesis is part of the general application framework of single cell analysis. In order to improve the selectivity of single cell sorting, FEMTO-ST teams propose to control in closed loop the trajectories of the cells in real time during their journey in the chips dedicated to sorting. In this context, my thesis work focuses on an innovative method for real-time detection of cell position, directly integrated into chips and based on the physical principle of impedance measurement.When a cell passes through a microchannel, it changes the measurable impedance between electrodes placed on the edges of the channel.A generic method for formulating impedance variations as a function of particle position has been proposed (direct model). A method for estimating the position of a particle based on impedance measurements has also been proposed (inverse model). It uses an extended Kalman filter, allowing data from several pairs ofelectrodes to be merged, and exploiting available information such as measurement noise distribution and particle dynamic model. The validation of the method was carried out on an experimental bench that was developed during this thesis and on numerical simulations.This work shows the relevance of using impedance measurement to build a position sensor for particles immersed in a microchannel. This method is an alternative to the use of optical microscopes and has the advantage of being very compact.