Miniaturisation d'un système microfluidique de criblage biologique

Tuteur: Norbert DUMAS

Groupe: BARLES Damien (Responsable), MEYER Amélie, PICHOT Camille, ULRICH Loïse.

Sommaire

I. Présentation du projet

II. Présentation du système actuel

III. Bilan et conclusion

L'industrie pharmaceutique et l'ensemble des recherches de molécules bio-actives nécessitent de passer par des phases de test pour connaître l'action réelle et les propriétés de ces molécules. Or l’essor de ces recherches pousse les ingénieurs à concevoir des méthodes de test de plus en plus avancées, de plus en plus rapides et de plus en plus efficaces.


I. Présentation du projet


Le projet repose sur la technique de criblage haut-débit et sur le phénomène de fluorescence.

  • Criblage haut-débit

Le criblage à haut débit est une technique utilisée pour trouver des molécules ayant des propriétés intéressantes en testant un très grand nombre de molécules en un temps très court. Cette technique est principalement utilisée lors de la création de nouveaux médicaments ou de molécules bio-actives. Le produit à tester est injecté dans un puits en présence de nombreuses molécules avec lesquelles il est susceptible de réagir et d'un fluorophore qui va émettre un signal par fluorescence s'il est excité. Ce signal est récupéré par des photodétecteurs et analysé grâce à un programme Labview. L'intensité de la lumière émise permet de quantifier l'efficacité et la nature de la réaction. Le système utilisé est un système microfluidique, c'est-à-dire que les quantités de liquide manipulées sont de l'ordre du microlitre, ce qui permet d'améliorer l'automatisation et la rentabilité.

  • Fluorescence

Un fluorophore est une molécule qui, lorsqu'elle est excitée par absorption de photons, peut émettre de la lumière. Lors de la désexcitation, la molécule perd tout d'abord de l’énergie par vibration et rotation avant de passer à l'état fondamental. L'énergie d'absorption n'est donc pas la même que l'énergie d'émission, comme on peut le voir sur le graphe ci-contre. C'est pourquoi la longueur d'onde d'absorption n'est pas la même que celle d’émission. On a utilisé pendant le projet de la sulforhodamine qui absorbe à 565nm (dans le vert) et qui émet de la lumière orange, à 585nm.

  • Objectifs

Voici le système présent à l'école sur lequel nous avons travaillé :

Les objectifs du projet sont :

  1. Miniaturiser le système d'excitation des photodétecteurs (PMT) en remplaçant le laser par une diode laser. Nous devons également optimiser le système pour éviter d'éblouir les photodétecteurs en adaptant le flux et l'orientation de la diode laser.
  2. Créer un programme Labview permettant de traiter les signaux par détection synchrone

II. Présentation du système actuel



  • Le système d'excitation et le système d'acquisition:


Nous pouvons résumer les modifications réalisées sur le système pour répondre au cahier des charges par ce schéma général. On peut le décrire en plusieurs parties:

L’alimentation de la diode:

Un montage à source de courant permet de fournir 200mA à la diode. Ce montage est constitué d’un transistor et de résistances de 27 Ω, il est alimenté par la carte d’acquisition (5V). La diode est alimentée en tension par un GBF qui génère un créneau d’amplitude variant entre 1,9V et 2,2V. On utilise aussi la sortie SYNC du GBF pour effectuer la détection synchrone.


Fixation de la diode:

La diode laser doit être indépendante du montage, sans toute fois être trop manipulée pour éviter d’être cassée. Nous utilisons donc un support sur lequel est fixée la diode. Ce support est soudé à un câble gainé qui permet d’orientée la diode librement vis à vis de la plaquette Labdec. On peut aussi fixer le support de la diode vis à vis de la plaquette micro-fluidique à l’aide d’une pince crocodile. La diode laser a pour but de remplacer le laser en excitant les fluorophores.



Le système d'acquisition:

Le système d’acquisition récupère les signaux de commande de la diode laser et de fluorescence. Les photodétecteurs sont utilisés pour récolter le signal de fluorescence, et une carte d’acquisition pour récupérer et transmettre les deux signaux au programme LabVIEW. Pour obtenir une acquisition fidèle au signal réel, il faut respecter la règle de Shannon, selon laquelle la fréquence d’acquisition doit être au moins égale au double de la fréquence du signal. La tension de gain du photomultiplicateur doit être réglée et rester inférieure à 1V. Pour cela, nous utilisons un système pile-potentiomètre et nous réglons la tension de gain à 0,7V. Nous avons ainsi un bon compromis entre l’amplitude du signal reçu et celle du bruit des photomultiplicateurs (qui est alors de 15,67mV). Il faut aussi minimiser la lumière extérieure arrivant sur les photomultiplicateurs.

  • Le programme LabVIEW:


Un des objectifs du projet était de créer un programme capable d'interpréter les informations fournis par les photodétecteurs. Nous avons donc fait un programme LabVIEW qui reçoit le signal des photodétecteurs ainsi que la sortie synchrone du GBF. Cette dernière nous permet de mettre en place la méthode de détection synchrone et par conséquent de s'affranchir du bruit et d'accéder facilement à l'information importante : l'intensité de la fluorescence.

                       Diagramme de notre programme LabVIEW



                        Interface utilisateur (face-avant)
                            

L'interface se décompose en trois afficheurs, qui permettent d'observer:

  • En bas à gauche, le signal de commande de la diode laser (signal créneau)
  • En haut à gauche, le signal de fluorescence capté par les photodétecteurs
  • A droite, le résultat de la détection synchrone. Ce qui est intéressant finalement pour nos clients est l'amplitude de ce signal (amplitude de la composante continue)

III. Bilan et conclusion


Plusieurs perspectives sont envisageables: création d'un circuit imprimé pour gagner en place et réduire le bruit, changer le transistor (trop sensible), optimiser la partie excitation du système (utilisation d'une lentille, tests d'optimisation), remplacer la lame par une plaque microfluidique pour se mettre en condition réelle d'utilisation…

Pour conclure, ce projet nous a beaucoup apporté, que ce soit sur le plan de l’apprentissage d’un nouveau logiciel ou de la gestion de projet. Nous avons été confrontés à plusieurs problèmes, mais nous a poussés à nous réorganiser afin de mener à bien le projet. Ces difficultés nous ont appris beaucoup sur la gestion du temps de notre projet. Celui-ci nous a également permis de travailler en groupe, ce qui a été très enrichissant.

miniaturisation_d_un_systeme_micro-fluidique_de_criblage_biologique.txt · Dernière modification: 2013/06/14 11:08 par Dabrowski Alexandre
Piste: miniaturisation_d_un_systeme_micro-fluidique_de_criblage_biologique
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