Soutenance mémoire
L’expansion de l’électronique couvre presque tous les domaines. Dans l’instrumentation médicale, il y a des progrès comme les systèmes de miniaturisation des laboratoires. Ceux-ci dans le but d’une simplicité d’utilisation, de temps de traitement assez court et de réduction de volume d’échantillon utilisés. Actuellement, il existe des instruments de dépistage que le patient peut utiliser lui-même. Ces instruments sont déjà disponibles à grand marché. Mais leur performance et leur précision sont en fonction du coût de ces instruments.
Pour le cas de l’hématologie, il existe entre autres des automates pour la détection et la numération sanguine et des glucomètres pour le test de diabète. Mais leurs coûts semblent encore élevés. A Madagascar, le taux de déséquilibre des éléments plasmiques est parmi l’une des maladies les plus répandues.
La création d’une plateforme de test capable d’effectuer plusieurs tests concernant les éléments du plasma sanguin s’avère opportun. C’est dans ce cadre que nous avons orienté notre travail intitulé : « Conception d’un instrument biomédical : le plasmo-diagnostic». Cette plateforme est divisée en trois blocs qui sont en premier lieu, la partie pour les traitements analogiques plus précisément du capteur au convertisseur analogique numérique ; en second lieu, la partie pour la programmation matériel en utilisant des cartes FPGA comme carte d’analyse, et en fin, la partie de la programmation logicielle pour l’interfaçage avec un ordinateur afin de visualiser et sauvegarder les résultats.
Lab On Chip (LOC)
Généralité sur les laboratoires sur puce
Historique
L’analyse des êtres vivants est une clé majeure pour le développement de la microfluidique. Elle représente par conséquent une large part des applications. On considère généralement que le premier dispositif microfluidique d’analyse est celui développé par Terry et Al. Ces derniers ont réalisé en 1979 un système miniaturisé d’analyse de gaz par chromatographie sur un substrat de silicium. Il a fallu dix ans à ce travail tellement novateur pour voir émerger des travaux analogues et la rationalisation du concept. En 1990, Manz et Al proposent la notion de « systèmes miniaturisés d’analyse chimique totale » (miniaturized total chemical analysis systems), plus tard abrégé en « microTAS » (micro total analysis systems, microsystèmes d’analyse totale). Ce terme regroupe les systèmes miniaturisés, possédant généralement une dimension micrométrique, qui intègrent la séquence complète de l’analyse d’un échantillon brut jusqu’à la lecture du résultat. Plus tard, le concept généralisé de « laboratoire sur puce » (Lab-On-a-Chip ou LOC) fait son apparition quand il s’avère que les technologies de microTAS ont d’autres applications que la chimie analytique. La notion de laboratoire sur puce est moins restrictive que celle de microTAS [1].
Définition
Un laboratoire sur puce (LOC) est un dispositif intégré rassemblant, sur un substrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire. Il ne contient pas nécessairement l’intégralité de la chaîne d’analyse comme un microTAS.
Principe de fonctionnement
Le laboratoire sur puce est un système incluant diverses méthodologies. Chaque méthodologie a ses propres fonctionnalités pour aboutir à une tâche précise .
Le fonctionnement d’un LOC est caractérisé par l’ensemble des critères suivant :
● Utilisateur : c’est l’agent qui est en quelque sorte le manipulateur du LOC. Il est le responsable du bon fonctionnement du matériel.
● Réactif : c’est l’ensemble des procédés chimiques nécessaires à la production des phénomènes de la réaction chimique.
● Microcomposant : c’est la partie électronique du processus. C’est l’élément qui assure la connexion et le transport de l’information issue de la réaction produite.
● Protocole : il englobe tout le savoir-faire concernant les différents domaines, en l’occurrence la chimie, l’électronique et l’informatique dans le but d’avoir de bonnes conceptions.
● Instrument : c’est l’outil qui sert à l’observation des résultats sur un écran ou sur un autre type d’affichage (par exemple : afficheur sept segment, LCD,…) .
Caractéristiques
Le « Lab on a chip » consiste à la miniaturisation et à l’intégration sur une puce, des systèmes analytiques complexes permettant des analyses rapides tout en consommant de faible volume d’échantillon.
Voici quelques caractéristiques :
– Les appareils qui intègrent plusieurs fonctions dans un laboratoire se trouvent dans une seule puce.
– La mesure des grandeurs est de plus en plus petite, de l’ordre de millimètre jusqu’au picomètre.
Méthode de détection
Il existe plusieurs méthodes de détection de molécules couplées aux systèmes microfluidiques .
Les deux méthodes les plus utilisés sont les suivants :
Méthodes électrochimiques
Ces méthodes peuvent être déclinées sous 3 modes :
– Le mode conductimétrique qui mesure la résistance électrique et la conductance d’un électrolyte.
– Le mode potentiométrique qui évalue les différences de potentiel au travers de membranes semi-perméables, sélectives aux ions à détecter.
– Le mode ampérométrique qui consiste à fixer un potentiel à une électrode de travail et à mesurer les fluctuations temporelles du courant.
Ces techniques sont intéressantes car elles sont faciles à intégrer et ne nécessitent pas de dériver les molécules. En revanche, elles nécessitent d’intégrer des électrodes sur les substrats, ce qui est difficilement reproductible d’un substrat à l’autre.
Méthode optique
Elle est subdivisée en deux catégories : l’absorbance optique et la fluorescence.
– Absorbance
L’absorbance optique est la propriété intrinsèque de certaines molécules à absorber une partie d’un faisceau incident. Le spectre d’absorbance est obtenu par mesure de la différence entre la lumière incidente et la lumière résiduelle. Ce spectre est considéré comme la signature d’un type de molécules.
– Fluorescence
Naturellement, les gènes et les acides aminés possèdent un rendement quantique faible dans le visible. Il est donc nécessaire de dériver ces molécules à l’aide de molécules fluorescentes (fluorophore) greffées par des liaisons chimiques covalentes. Ces molécules (après excitation par un rayonnement lumineux) émettent, en se désexcitant, à une longueur d’onde différente (fluorescence) de la longueur d’onde d’excitation.
Fabrication
L’instrument
Pour un avancement dans le domaine de recherche médicale, l’amélioration et la précision des résultats sont des clés majeures. C’est à cause de cela que la fabrication des LOC est si difficile. Il est donc nécessaire d’avoir beaucoup d’expériences pour l’élaboration, la conception et la réalisation des LOC.
Les réactifs utilisés
Pour les tests, on a besoin d’un ou plusieurs réactifs. Il y a deux types de réactifs qui sont les réactifs externes comme les sources de courant ou de tension et les réactifs intégrés qui est à l’intérieur de la LOC comme les enzymes.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : Lab On Chip (LOC)
I.1 Généralité sur les laboratoires sur puce
I.1.1 Historique
I.1.2 Définition
I.2 Principe de fonctionnement
I.2.1 Caractéristiques
I.2.2 Méthode de détection
I.2.3 Fabrication
I.3 Diverses propriétés
I.3.1 Intérêt
I.3.2 Application
I.3.3 Evolution des LOC et exemple
I.4 Conclusion
CHAPITRE II : L’HEMATOLOGIE ET LES BIOCAPTEURS
II.1 Le sang
II.1.1 Définition
II.1.2 Composition du sang
II.2 Outils de traitement de sang
II.2.1 Automate d’hématologie
II.2.2 Test de diabète
II.3 Les biocapteurs
II.3.1 Définition
II.3.2 Principe
II.3.3 Classement des biocapteurs
II.3.4 Caractéristiques des biocapteurs
II.4 Complément sur les biocapteurs
II.5 Conclusion
CHAPITRE III : Le plasmo-diagnostic
III.1 Présentation de la plateforme
III.1.1 Architecture
III.1.2 Avantage de la plateforme
III.1.3 Principe générale sur la plateforme
III.2 Spécification technique du projet
III.2.1 Conditionnement du signal
III.2.2 Les circuits programmables FPGA
III.2.3 Interface logiciel
III.3 Conclusion
CHAPITRE IV : REALISATION DU PROJET
IV.1 Conditionnement du signal
IV.1.1 Le capteur ampérométrique
IV.1.2 Le module amplificateur
IV.1.3 Le filtrage
IV.2 Traitement du signal dans le circuit FPGA
IV.2.1 Le convertisseur analogique numérique intégré dans la carte FPGA
IV.2.2 Organigramme de la détection de la concentration en glucose
IV.2.3 Interfaçage FPGA-PC
IV.2.4 Le flot de conception du plasmo-diagnostic
IV.3 Interface logiciel
IV.3.1 Connexion FPGA-PC
IV.3.2 Conception de l’interface
IV.3.3 Mise en œuvre de l’interface
IV.3.4 Fonctionnement du logiciel
IV.4 Conclusion
CONCLUSION
