Développement de dispositifs microfluidiques avec détecteurs électrochimiques intégrés utilisant la technologie d'impression 3D

Development of microfluidic devices with integrated electrochemical detectors using 3D printing technology

• Auteur / Autrice : Brenda De castro costa
• Direction : Anne Varenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Moléculaire
• Date : Soutenance le 25/10/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres en cotutelle avec Universidade estadual de Campinas (Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institute of Chemistry for Life and Health Sciences (i-CLeHS) (2017-....) - Institute of Chemistry for Life and Health Sciences (i-CLeHS) (2017-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Descroix
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Kwami Dodzi Zigah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrophorèse capillaire

Impression 3D

Microfluidique

Mots clés libres

Détection électrochimique

Impression 3D

Électrodes intégrées

Microfluidique

Électrophorèse capillaire

Capillary electrophoresis

Electrochemical detection

3D printing

Integrated electrodes

Microfluidic

Résumé

Dans le domaine de la conception de μTAS pour l'analyse de composés à l'état de tracesou d'ultra-traces, nous avons développé des stratégies innovantes employantl'électrophorèse sur micropuce (MCE) couplée à des détections électrochimiques (EC). Àcette fin, nous avons conçu et développé des méthodologies d'impression 3D intégrant cesdeux étapes analytiques pour une production simple, à faible côut et à haut débit. Deuxmatériaux d'électrode (gallium ou pâte de résine/carbone) et deux configurations ont étédéveloppés pour une integration efficace d’électrodes, en surmontant la nécessitéd'alignement des électrodes pour la détection de la CE couplée à la MCE, et en évitantl'interférence des deux champs électriques. Leurs performances électrochimiques et leurcouplage efficace avec les séparations électrophorétiques ont été démontrés avec desmicrodispositifs imprimés en 3D. La configuration des électrodes en spirale s'est avéréeefficace pour coupler la séparation électrophorétique avec la détection par conductivité àcouplage capacitif sans contact du nitrate dans la salive avec une limite de détection de 2mM. La configuration des électrodes en forme de triangle a démontré son efficacité pourla quantification par MCE-EC des molécules redox avec de bonnes limites de détection.Ces innovations soulignent le grand intérêt de l'impression 3D pour le développement deMCE-EC pour une large gamme d'applications biomédicales ou environnementales.

In the context of designing powerful μTAS for the analysis of trace of ultra-tracecompounds, we developed innovative strategies employing microchip electrophoresis(MCE) coupled to electrochemical (EC) detections. For this purpose, we designed anddeveloped 3D-printing methodologies integrating these two analytical steps for cost-effective and easy high-through-put production. Two electrode materials (gallium or home-made resin/carbon paste) and configurations were developed for an easy EC integration inthe MCE, overcoming the alignment necessity of the electrodes for EC detection coupledto MCE, and avoiding the two electric fields interference. Their electrochemicalperformances and their efficient coupling coupling with electrophoretic separations weredemonstrated with 3D-printed microdevices. The spiral electrodes configuration wasproved powerful for coupling electrophoretic separation with capacitively coupledcontactless conductivity detection of nitrate in saliva with a 2 mM limit of detection. Thetriangle-shaped electrode configuration demonstrated its efficiency for the MCE-ECquantitation of redox molecules with good limits of detection. These innovationimprovements highlight the great interest of 3D printing for MCE-EC developments for awide range of biomedical or environmental applications.