Développement d’outils microfluidiques à base de gouttelettes pour le criblage à haut débit

Abstract

Au cours des deux dernières décennies, la microfluidique à base de gouttelettes est devenue une technologie dans une grande gamme d’applications à haut débit en particulier comme méthode de criblage à haut débit de cellules. Les gouttelettes servent de microcompartiments pour effectuer des tests biochimiques pour l’analyse d’une seule cellule. Il est possible de produire des millions de gouttelettes de quelques picolitres, ce qui permet d’effectuer des millions d’analyses biochimiques sur cellules uniques avec un petit volume de réactifs, et en parallèle. Néanmoins, la manipulation contrôlée à haut débit de gouttelettes de picolitres nécessite toujours de la mise en œuvre de nouveaux outils. Cette thèse présente des études expérimentales pour le développement de nouveaux outils, ainsi que l’analyse et l’application d’outils existants en microfluidique à base de gouttelettes. Dans trois des études présentées, les champs électriques sont utilisés comme moyen de contrôle externe pour trois modules essentiels dans le criblage à haut débit : (i) production ; (ii) coalescence ;(iii) le tri. (i) Des champs électriques sont mis en œuvre pour fournir un outil permettant d’augmenter la monodispersité de la production de gouttelettes dans les jets hydrodynamiques. (ii) Une étude fondamentale de la coalescence de deux gouttelettes sous l’influence de champs électriques est réalisée pour répondre aux questions ouvertes sur l’influence des propriétés électriques du système sur le mécanisme d’électrocoalescence. (iii) Des champs électriques sont incorporés dans un dispositif microfluidique entièrement intégré pour le tri des gouttelettes, à des fins d’évolution dirigée de l’enzyme glucose oxydase. Dans la quatrième étude, la séparation de phase liquide-liquide dans les gouttelettes est démontrée comme un outil pour améliorer la limite de détection dans les gouttelettes. Cette étude est basée sur l’analyse de la cinétique enzymatique dans des systèmes à séparation de phase liquide-liquide avec des gouttelettes qui pourraient être ultérieurement utilisées pour mieux comprendre la fonction des condensats biomoléculaires dans les cellules.