Développement d'un système combinant un capteur HF et une structure fluidique imprimée en 3D pour mesurer les propriétés diélectriques de sphéroïdes en condition physiologique // Development of a system combining an HF sensor and a 3D-printed fluidic stru

Un capteur à guide d'ondes coplanaire (CPW) accompagné d'une caractérisation diélectrique expérimentale ont été développé par l'équipe spécifiquement pour étudier ces types d'objets biologiques. Le capteur possède une structure fluidique qui permet de garder le sphéroïde dans son milieu de culture pendant la mesure diélectrique. Cette structure est entièrement fabriquée en salle blanche, ce qui est long, hasardeux et couteux. Sa construction pourrait donc être améliorée pour gagner en robustesse et en facilité d'utilisation grâce à une intégration du capteur CPW dans une structure fluidique fabriquée en impression 3D. Cette structure pourra ensuite être plus adaptée à la complexification du capteur notamment en développant un capteur pouvant réaliser des mesures de plusieurs sphéroïdes simultanément.

Le travail demandé est le développement et la réalisation d'un démonstrateur fonctionnel composé d'une structure fluidique imprimée en 3D, d'un capteur HF basé sur un guide d'onde coplanaire fabriqué en salle blanche et d'une lamelle de verre permettant l'observation de l'objet biologique 3D par microscopie. Un premier design a été réalisé et a permis de mettre en lumière les premiers points à améliorer. Ce travail de thèse est donc découpé en plusieurs phases cycliques permettant d'obtenir des résultats tout en améliorant le dispositif à chaque itération :
• Au cours de la première année :
o Conception de nouveaux capteurx CPW intégrant les premières améliorations soulevées
o Fabrication en Salle blanche de ces nouvelles conceptions
o Intégration de ces capteurs dans des structures fluidiques imprimées en 3D
o Caractérisation de ces démonstrateurs en HF dans un incubateur (37°C, 5% CO2 et 80% d'humidité : condition physiologique)
• Au cours de la deuxième année :
o Nouvelle phase de conception où il faudra imaginer une structure permettant la mesure simultanée de plusieurs échantillons biologiques grâce à des simulations électromagnétiques
o Fabrication de ces nouveaux capteurs : d'abord en salle blanche puis en impression 3D
o Mise en place d'un nouveau banc expérimental permettant ces mesures en haut débit avec une parallélisation des mesures HF avec de la microscopie
• Au cours de la troisième année :
o Tests de ce nouveau banc de test expérimental avec des échantillons biologiques de cancer.
Ce projet s'inscrit dans le but de réaliser des expériences de suivi des paramètres diélectriques d'objets biologiques en 3D dans des conditions de survie cellulaire. Associé à un système d'imagerie adaptée au suivi dans un incubateur il sera possible de simultanément suivre visuellement et diélectriquement les sphéroïdes analysés de façon à améliorer notre compréhension diélectrique de ces objets d'étude et de se rapprocher de l'utilisation de la spectroscopie diélectrique microondes en médecine personnalisée.
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The work involved is the development and production of a functional demonstrator comprising a 3D-printed fluidic structure, an HF sensor based on a coplanar waveguide manufactured in a clean room, and a glass slide enabling the 3D biological object to be observed by microscopy. An initial design was carried out, highlighting the first areas for improvement. This thesis work is therefore divided into several cyclical phases, enabling us to obtain results while improving the device with each iteration: design, manufacturing, characterization.
The aim of this project is to carry out experiments to monitor the dielectric parameters of 3D biological objects under conditions of cell survival. Thus, with an imaging system adapted to monitoring in an incubator, it will be possible to simultaneously visually and dielectrically monitor the spheroid under analysis, so as to improve our understanding of these objects of study and move closer to their use in personalized medicine.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Programmes ministériels spécifiques

Université de Toulouse

323 GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème

Compétences dans un des domaines de la thèse : électronique (hyperfréquences), biologie cellulaire, microfluidique, chimie des matériaux, salle blanche, etc
Competences in at least one of the domains of the thesis project: Electronic (microwaves), cellular biology, micro-fluidics, chemistry of materials, clean room processes, etc