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ENS Cachan - Institut d'Alembert

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FluoChimp


La mesure des propriétés diélectriques d'un environnement biologique est un moyen d'avoir une image de sa composition et de suivre son évolution. Dans un environnement microfluidique, il est ainsi possible, par l'utilisation d'électrodes intégrées aux canaux et le relevé d'un spectre de bio-impédance, de viser la détermination des propriétés associées à une cellule unique et leur suivi au cours du temps.



Ce principe, que l'on retrouve à l'échelle macroscopique sur du tissu, présente des limitations quand on cherche à miniaturiser le système de mesure afin d'être à l'échelle d'une cellule. Du fait de la réduction d'échelle drastique et du confinement fluidique autour de cette cellule, les phénomènes électrochimiques apparaissant à l'interface électrode/électrolyte peuvent affecter grandement les mesures d'impédance. En effet, la miniaturisation tend à rendre prépondérant les phénomènes de surface (interface électrode/électrolyte) au détriment des effets de volume (milieu biologique). La mesure de bio-impédance est alors très fortement dépendante du comportement électrochimique et de la polarisation des électrodes. Il faut arriver à discriminer ces phénomènes pour en extraire les paramètres cellulaires avec un suivi dans le temps qui peut nécessiter des mesures sur plusieurs jours. La miniaturisation fait que les effets induits sur les électrodes deviennent limitants voire masquent complétement ce que l'on cherche à mesurer (effet de passivation locale par adsorption de glucose (encrassement) ou par espèces oxydantes.). Ainsi, il est fondamental de connaître la dépendance en potentiel et en fréquence d'excitation de ces phénomènes d'adsorption aux électrodes et d'avoir des modèles associés.

Le projet FluoChimp a pour objectif l'analyse des phénomènes à l'interface électrode/électrolyte en environnement microfluidique pour de la caractérisation diélectrique cellulaire. L'approche interdisciplinaire utilisée associe les « savoir-faire » en conception, étude de microsystèmes électriques et fluidiques appliqués à la mesure de bioimpédance cellulaire du SATIE, et en analyse des phénomènes électrochimiques à l'interface électrode/électrolyte du PPSM. La combinaison de techniques innovantes en imagerie de fluorescence couplée à l'électrochimie (PPSM) avec les mesures électriques (impédancemétrie) in situ (SATIE), permet d'étudier qualitativement et quantitativement les phénomènes évoqués ci-dessus en présence de composés biologiques.

Ainsi pour cette étude, il s'agit de tirer profit de la sensibilité de la fluorescence à l'environnement immédiat, en l'occurrence ici l'interface électrode|électrolyte : les processus d'adsorption engendrant le recouvrement («fouling») de l'électrode vont modifier la mesure de fluorescence au voisinage immédiat de celle-ci. Dans le cadre de la mesure combinée avec le signal électrochimique et d'impédance, ce phénomène peut donc être suivi in situ en fonction du potentiel appliqué.