Technologies de fabrication d'une puce microfluidique — Pierre Joseph (LAAS-CNRS, Toulouse, France)
Le développement exponentiel de la microfluidique est fortement lié à l'émergence et à la multiplication des techniques de réalisation de microcanaux à faible coût avec une large gamme de matériaux, de conception et de dimensions. Je présenterai la base d'un sous-ensemble important de ces technologies, impliquant principalement l'utilisation de polymères. Je vais d'abord détailler la réalisation la plus populaire et largement utilisée: la fabrication de puce dans du PDMS (Poly-DiMethyl-Siloxane). J'évoquerai les bases (fabrication principale, coulée et collage du PDMS) et approches plus sophistiquées (fabrication à plusieurs niveaux, éléments actifs, perméabilité pour pomper ou concentrer des solutions) ... Je discuterai ensuite de matériaux alternatifs: la réalisation à base de silicium de microcanaux et les différentes approches avec d'autres polymères (méthodes de réplication, procédés à base de stratification, papier stratifié). Les ouvertures à la microfluidique 3D, à la nanofluidique ou à la "microfluidique pour la microfabrication" seront finalement présentées.
Contrôler des fluides dans une puce : Écoulements — Marie-Caroline Jullien (ESPCI, Paris, France)
Le cours s'attachera à présenter les bases des écoulements à petite échelle : écoulements laminaires, mélange et microfluidique des gouttes. Bien que les écoulements à petite échelle semblent faciles à modéliser, nous verrons que des comportements complexes peuvent aparaitre en raison de l'augmentation du ratio surface/volume. Quelques exemples d'applications illustreront le cours.
Lors de ce cours, nous présenterons les concepts de base de la microscopie optique, des principaux composants optiques d'un microscope aux principes de la formation d'images. Puis nous présenterons les principales méthodes d'imagerie accessibles avec un microscope optique. En premier lieu nous nous focaliserons sur les méthodes de visualisation telles que le champ brillant ou la microscopie en contraste de phase. Ensuite nous nous intéresserons à la microscopie de fluorescence et présenterons l'état de l'art des techniques allant de la microscopie en épi-fluorescence à la microscopie par fluorescence en couche, puis nous détaillerons les approches utilisées pour observer la dynamique des molécules. Enfin, nous présenterons les récents développements qui ont permis d'outrepasser la diffraction lumineuse afin d'atteindre des résolutions de l'ordre de la molécule.
Cours avancés
Cliquer sur l'intitulé pour voir le résumé.
Gouttes, haut débit, des cellules sur puce aux sphéroides — Jean-Christophe Baret (CRPP, Bordeaux, France)
A venir
Transport de masse à microéchelle, milieux poreux, filtration — Jeffrey Morris (City College of CUNY, New-York, USA)
Les phénomènes de transport de fluides dans un environnement nano-confiné affichent des propriétés riches et spécifiques associées au croisement entre les échelles de confinement et les échelles associées aux interactions de surface. Les flux presque sans friction, le transport osmotique inattendu, les effets de couplage croisé et la transduction d'énergie, les effets de concentration ou d'épuisement sont autant d'exemples de phénomènes frappants qui ouvrent un large potentiel d'applications mais aussi des défis fondamentaux. Dans ce cours, nous présenterons le cadre de base pour aborder les phénomènes nanofluidiques et nous décrirons certains exemples choisis illustrant à la fois les avancées et les questions ouvertes de ce domaine fascinant.
Nous savons tous que les ondes acoustiques sont générées par des objets déplacés ou frappés comme dans les instruments de musique. L'inverse, un mouvement provoqué par des ondes acoustiques, est moins connu... Dans cette présentation nous dévoilerons comment contrôler des ondes acoustiques afin de : (i) pousser des objets à distance (en utilisant la pression de radiation) (ii) générer des écoulements tourbillonaires et puissants (grâce au flux acoustique). Des exemples seront donnés sur fond de microfluidique, où ces effets sont particulièrement puissants.
La microfluidique comme outil essentiel pour la compréhension et l'amélioration de la détection des analytes dans la sueur — Jason Heikenfeld (CEAS, Cincinnati, USA)
Nombre de défis remarquables ont historiquement placé la sueur au panthéon des échantillons cliniques. Cette présentation fait le tour des défis actuels concernant la biodétection de sueur, et met en lumière les avancées émergentes qui vont probablement changer la vision sur ce que la biodétection de sueur peut accomplir. Nombreuses sont ces avancées qui résultent d'innovations microfluidiques. De plus, la microfluidique a joué un rôle important dans la compréhension de la répartition des analytes dans la sueur, et comment ils sont ensuite transportés à la surface du corps. Cette présentation montrera également comment ces technologies universitaires ont été commercialisées via une start-up désormais classée par Bloomberg comme une des 50 start-ups les plus prometteuses au monde.
Analyse de cellules uniques et de vesicules sur dispositif microfluidique — Petra Dittrich (ETH Zurich, Suisse)
L'analyse d'une seule cellule est un domaine de recherche émergent qui est pertinent pour les études fondamentales en adaptation et en évolution cellulaire (ex : développement de cellules souches) ainsi que pour les applications dans les domaines médical et de diagnostic (ex : émergence d'un cancer ou présence de résistance des populations bactériennes aux antibiotiques). Cependant, l'analyse à une seule cellule fait face à de nombreux défis en raison des limites des méthodes analytiques disponibles. Les normes actuelles les plus élevées de l'analyse à une seule cellule comprennent la cytométrie et le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) pour une analyse ultra-rapide des populations de cellules volumineuses et une microscopie de fluorescence classique pour l'analyse des cellules vivantes sur de longues périodes. Récemment, l'émergence de plates-formes microfluidiques a promis de nouvelles stratégies analytiques pour le positionnement, le traitement et l'observation de cellules individuelles. Plusieurs études ont par exemple démontré le potentiel des micro-dispositifs pour l'analyse de l'ADN ou de l'ARN dérivé de cellules uniques, en combinaison avec la réaction en chaîne par polymérase (PCR) pour améliorer la sensibilité des mesures. En ciblant les protéines et les métabolites, l'analyse devient beaucoup plus difficile en raison du manque de méthodes d'amplification appropriées, du grand nombre de composés différents présents et de leurs variations de nature chimique et, par conséquent, l'analyse quantitative des biomolécules intracellulaires est restée difficile. Récemment, nous avons introduit une méthode générale pour quantifier les composés intracellulaires jusqu'à quelques zeptamoles en combinant le piégeage et l'isolement des cellules microfluidiques avec la puissance analytique des immunodosages, en particulier les enzymes immunosorbants (ELISA). Nous utilisons un dispositif microfluidique à deux couches composé de PDMS qui comprend un réseau allant jusqu'à quelques centaines de microchambres, encapsulant chacune un volume de quelques centaines de picolitres. Les cellules sont piégées individuellement dans des structures à obstacles microsaturées placés au centre d'une microchambre et peuvent être traitées et lavées à plusieurs reprises avant la lyse. Nous avons utilisé ce dispositif pour quantifier des protéines intracellulaires, des enzymes et d'autres molécules (petites) dans des cellules saines ainsi que des cellules traitées avec des composés chimiques. En outre, les modifications de la plate-forme permettent d'analyser les lysats de levure et de bactéries et les études sur la fusion de la membrane cellulaire. Ces plates-formes microfluidiques se sont révélées très utiles pour l'analyse de modèles cellulaires, c'est-à-dire des vésicules unilamellaires géantes (GUV), que nous créons pour élucider les processus à la membrane. Nous pourrions aborder les questions de perméabilité à la membrane et de fusion membranaire. En outre, nous pourrions avoir de nouvelles idées sur les propriétés des membranes, lorsqu'elles sont exposées à des forces mécaniques. Ensemble, ces études peuvent révéler plus en détail le rôle de la membrane dans la réponse cellulaire aux stimuli chimiques et aux souches mécaniques. La première partie du cours donnera un aperçu général des plates-formes microfluidiques actuelles et discutera des limites et des défis ouverts. La deuxième partie du cours se concentrera sur l'analyse de cellules et de vésicules dans les petites microchambres que nous avons développées au cours des dernières années dans le groupe Bioanalytics à l'ETH Zurich.
Sang sur puce : de l'analyse moléculaire à l'analyse cellulaire —Stéphanie Descroix (Institut Curie, Paris, France)
Le développement de la médecine de précision et la multiplication des thérapies ciblées nécessitent des progrès majeurs dans les méthodes analytiques, permettant une amélioration du multiplexage et la mise en place d'arbres décisionnels plus complexes, sans augmentation des coûts ni perte de robustesse. Dans ce contexte, la microfluidique est apparue comme une technologie perturbatrice car elle a permis des progrès considérables en particulier pour la détection et l'analyse des biomarqueurs en circulation. Dans cette conférence, nous nous concentrerons sur le développement microfluidique pour l'analyse des biomarqueurs en circulation dans le contexte du diagnostic et du pronostic du cancer. En particulier, les formats microfluidiques monophasiques et biphasiques seront pris en compte et une attention particulière sera portée sur la combinaison de particules magnétiques et de la microfluidique pour l'analyse du sang.
Sang sur puce : systèmes biomimétiques, biomécanique des globules — Olivier Théodoly (Laboratoire Adhésion et Inflammation, Marseille, France)
A venir
Organes sur puce : Neurones — Vincent Studer (IINS, Bordeaux, France)
A venir
Fabrication de microniches artificielles — Virgile Viasnoff (BMC3, Singapore et CNRS)
Lors de cette présentation je vais passer en revue certaines des récentes avancées concernant la manière dont les interfaces biomimétiques peuvent être organisées dans l'espace afin de crér des microniches atificielles pour la culture cellulaire. Nous verrons comment de telles surfaces microfabriquées sont utilisées pour i- comprendre la réponse cellulaire aux changements d'environnement, -ii créeer des organes structurés sur puce et iii- faire de nouveaux types de cellule basées sur l'évaluation comportementale. Je discuterai les avantages et les inconvénients des approches microfluidiques dans ce contexte. Les défis techniques et scientifiques seront aussi discutés.
Microfluidique pour les matériaux avancés — Jacques Leng (LOF, Bordeaux, France)
Dans ce cours, je donnerai un rapide aperçu dans interactions entre microfluidique et science des matériaux. Les écoulements à petite échelle sont particulièrement intéressants car ils permettent un excellent contrôle sur les transferts de masse et de caleur, qui sont au cœur de la genèse des matériaux (par exemple la cristallisation, la gélification, les réactions chimiques telles que la polymérisation, etc.). Les matériaux finaux sont en majorité des (nano ou micro) particules ou fibres avec des formes élaborées et des fonctionnalités permises par la polyvalence offerte par les laboratoires sur puce.
