Conception et réalisation de structures textiles microfluidiques pour application médicale de criblage d’organoïdes à haut débit

Design and production of microfluidic textile structures for medical application of high- throughput organoid screening

• Auteur / Autrice : Quentin Watel
• Direction : François Boussu, Aurélie Cayla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 21/12/2023
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix) - Génie des Matériaux Textiles - ULR 2461 / GEMTEX
• Jury : Président / Présidente : Maude Jimenez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Boussu, Aurélie Cayla, Frédéric Joseph Heim, Jannick Duchet-Rumeau, Catherine Villard, Jean-Louis Viovy
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Joseph Heim, Jannick Duchet-Rumeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites tissés

Polydiméthylsiloxanes

Élastomères

Microfluidique

Mots clés libres

Tissage

Système microfluidique fermé

Pull-Out

Filage élastomère

Weaving

Closed microfluidic system

Pull-Out

Elastomer spinning

Résumé

Pour réduire les coûts liés à la médecine de précision, le projet ANR DROMOS vise à développer une plateforme d’analyse pour réaliser des tests sur des cellules en grand nombre en s’appuyant sur les avantages de la microfluidique et des technologies textiles. Cette nouvelle plateforme est réalisée à l’aide d’une structure tissée et imprégnée dans une matrice transparente. Différents fils composent cette structure tissée, tels que des fils de renfort et des monofilaments dont l’extraction permet la création de canaux microfluidiques.Les limites de la mise en œuvre de cette structure composite sont étudiées pour une matrice non-renforcée selon la nature, le diamètre et la longueur d’enchâssement du monofilament sacrificiel. Avec cette méthode, des canaux de 500 μm de diamètre et de 200 mm de long peuvent être produits dans une matrice PDMS. Ensuite, différentes structures tissées intégrant le monofilament sacrificiel sont conçues et produites avant d’être imprégnées dans une matrice élastomère pour former un matériau composite. Après le retrait mécanique du matériau sacrificiel, la puce textile microfluidique obtenue est étanche. Il apparait que le nombre de fils qui lient le monofilament sacrificiel au tissu est un paramètre fondamental dans la conception de systèmes microfluidiques textiles, qui influence à la fois la visibilité du canal microfluidique et le retrait du matériau sacrificiel de la matrice renforcée. Enfin, pour améliorer la visibilité du canal microfluidique dans les structures tissées, un fil élastomère àbase de PDMS est développé et inséré dans un renfort tissé pour réaliser le liage du monofilament sacrificiel. Pour produire ce fil élastomère, un procédé de mise en forme par filage innovant a été mis en place, qui permet une production continue sur plusieurs dizaines de mètres. Les propriétés morphologiques et mécaniques du filament élastomère sont étudiées selon différents paramètres de production. La puce textile microfluidique obtenue avec ce renfort tissé est ainsi un matériau composite complètement transparent au niveau du canal microfluidique

To reduce the costs associated with precision medicine, the ANR DROMOS project aims to develop an analysis platform for carrying out tests on large numbers of cells, drawing on the advantages of microfluidics and textile technologies. This new platform is based on a woven structure impregnated in a transparent matrix. This woven structure is made up of various yarns, such as reinforcing yarns and monofilaments, which can be extracted to create microfluidic channels. The implementation limits of this composite structure are studied for an unreinforced matrix, depending on the nature, diameter and embedding length of the sacrificial monofilament. Using this method, channels with a diameter of 500 μm and a length of 200 mm can be produced in a PDMS matrix. Different woven structures embedding the sacrificial monofilament are then designed and produced before being impregnated in an elastomer matrix to form a composite material. Once the sacrificial material has been mechanically removed, the resulting microfluidic textile chip is watertight. It appears that the number of threads that bind the sacrificial monofilament to the fabric is a fundamental parameter in the design of textile microfluidic systems, influencing both the visibility of the microfluidic channel and the removal of the sacrificial material from the reinforced matrix. Finally, to improve the visibility of the microfluidic channel in woven structures, an elastomeric PDMS filament is developed and inserted into a woven reinforcement to bond the sacrificial monofilament. To produce this elastomeric filament, an innovative spinning process has been used. It enables continuous production over several tens of metres. The morphological and mechanical properties of the elastomeric filament are being studied according to different production parameters. The microfluidic textile chip obtained with this woven reinforcement is a composite material that is completely transparent in the microfluidic channel