Thèse soutenue

Electroporation avec des électrodes recouvertes de PEDOT : PSS
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Auteur / Autrice : Gerrit Jan Dijk
Direction : Rodney O'Connor
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Microélectronique
Date : Soutenance le 24/06/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
Laboratoire : Centre Microélectronique de Provence - Site Georges Charpak (CMP-GC) / CMP-ENSMSE
Jury : Président / Présidente : George Malliaras
Examinateurs / Examinatrices : Rodney O'Connor, George Malliaras, Maria Asplund, Antoni Ivorra, Sylvia Bardet, Saulius Satkauskas
Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Asplund, Antoni Ivorra

Mots clés

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Résumé

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L’électroperméabilisation, ou électroporation, a été utilisée avec succès dans des applications biomédicales telles que l’électrochimiothérapie, l’ablation tissulaire, la thérapie génique et la libération transdermique de médicaments. En dépit des progrès significatifs de ces dernières décennies, une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents ainsi que de nouveaux développements technologiques pourraient améliorer les résultats obtenus. Dans cette thèse, les performances du polymère conducteur PEDOT:PSS, utilisé comme revêtement pour les électrodes, sont étudiées dans le cadre de l’électroperméabilisation. L’utilisation des microélectrodes recouvertes de PEDOT:PSS a été investiguée pour, d’une part, délivrer des impulsions de stimulation, et d’autre part, surveiller les changements d’impédance résultants de l’électroperméabilisation de la cellule. Les résultats obtenus peuvent être classés en trois catégories.Premièrement, l’augmentation de l’épaisseur du revêtement de PEDOT:PSS améliore l’interaction polymère/électrolyte grâce à une capacité d’électrode plus élevée et montre également des seuils de stimulation plus élevés avant la défaillance des électrodes, principalement due à une délamination du film de PEDOT:PSS. Ce résultat montre l’importance d’utiliser un revêtement de PEDOT:PSS pour optimiser les performances et augmenter la stabilité des électrodes de stimulation.Deuxièmement, la stimulation électrique avec les électrodes recouvertes de PEDOT:PSS réduit considérablement les réactions électrochimiques irréversibles à l’interface avec l’électrode qui autrement produisent une modification du pH et des espèces réactives de l’oxygène. En outre, les électrodes recouvertes de PEDOT:PSS ne montrent quasiment pas d’électroperméabilisation pour des tensions qui excèdent largement le seuil pour des électrodes nues. Ces résultats montrent que charger le PEDOT:PSS est dominé par des processus réversibles. De plus, l’absence de réactions faradiques combinée avec une électroperméabilisation marginale indique que les processus électrochimiques à la surface de l’électrode jouent un rôle important dans la réponse cellulaire. Le PEDOT:PSS permet de séparer l’application d’impulsions électriques des changements chimiques, ce qui ouvre la voie à de futures expériences qui pourraient déboucher sur une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents.Troisièmement, pour surveiller l’évolution d’un traitement par électroperméabilisation, une matrice de microélectrodes recouvertes de PEDOT:PSS a été intégrée avec des électrodes de stimulation interdigitées et nues. L’impédance réduite des électrodes recouvertes de PEDOT:PSS améliore grandement la surveillance des changements d’impédance des cellules lors de l’électroperméabilisation. Ces électrodes microscopiques conduisent à des mesures précises de changement d’impédance cellulaire avec une haute résolution spatiale, permettant ainsi une meilleure surveillance de la progression du traitement.