Thèse soutenue

Un oxygénateur microfluidique intégré et compact, à haute efficacité de transfert de gaz
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Auteur / Autrice : Julie Lachaux
Direction : Anne-Marie Haghiri-GosnetGilgueng Hwang
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies
Date : Soutenance le 15/12/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
Jury : Président / Présidente : Pierre-Yves Joubert
Examinateurs / Examinatrices : Yong Chen, Benoît Charlot, Vincent Senez
Rapporteurs / Rapporteuses : Yong Chen, Benoît Charlot

Résumé

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Le poumon est un organe vital dont les pathologies au stade terminal peuvent induire une insuffisance circulatoire avec une défaillance cardiaque droite secondaire. Concernant les options thérapeutiques disponibles, des oxygénateurs sanguins macroscopiques basés sur la technologie des membranes extracorporelles (ECMO) sont actuellement utilisés au sein d'une unité de soins intensifs. Ces oxygénateurs doivent être remplacés en quelques semaines en raison de la coagulation dans le système.Dans ce contexte, le but de mon doctorat était de développer un dispositif microfluidique pour l'oxygénation du sang, qui présente une grande surface d'échange gazeux et capable de soutenir une endothélialisation durable à long terme des microcapillaires sanguins améliorant son hémocompatibilité pour les applications cliniques.Des calculs numériques basés sur le modèle d’échange gazeux de Potkay et coll. ont permis de comprendre le rôle de chaque paramètre géométrique sur l’échange gazeux et, donc, de dimensionner au mieux le système tri-couches « microcapillaire de sang / membrane / microcanal de gaz ».J’ai ensuite mis au point un protocole de microfabrication qui permet d’intégrer une membrane fine de polymère de très grande surface, et de fabriquer des oxygénateurs robustes et étanches sous pression.Les performances d’échange gazeux mesurées avec du sang veineux de cochon sont remarquables, tant pour les tri-couches unitaires que pour les structures empilées, avec un faible volume d’injection et une oxygénation élevée (379 ml O2/min/m²) à débit élevé (15ml/min). Ces résultats expérimentaux ont pu être comparés aux calculs numériques. Enfin, avec une géométrie optimisée pour minimiser la contrainte de cisaillement, un protocole d’endothélialisation durable dans les capillaires sanguins a été proposé.