Projet ANR-12-BS09-0021 – AWESOM : Laboratoire sur puce basé sur des technologies hybrides pour la manipulation et la caractérisation de fluides biologiques
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés, Energie (Blanc SIMI 9) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur BOU MATAR LACAZE Olivier (Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie)
Partenaires : Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie; Institut des Nanosciences de Paris; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 531999.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Le présent projet, combinant recherche fondamentale et développement expérimental, porte sur la conception, la réalisation et l'optimisation d'un laboratoire sur puce hybride, couplant des actionneurs et des bio-capteurs pour le contrôle actif et une caractérisation large bande des fluides biologiques.
L'objectif principal des laboratoires sur puce est la miniaturisation et l'intégration de fonctionnalités de laboratoire biologique sur une puce électronique. Cette réduction d'échelle permet de réduire le volume de réactif nécessaire, de paralléliser massivement les expériences et d'obtenir un meilleur contrôle des procédés. Du point de vue d'une perspective d'application industrielle, cela entraînera une réduction substantielle des coûts, augmentera la productivité et réduira l'impact environnemental. Ces avantages sont des plus intéressants pour des applications biomédicales.
Du point de vue scientifique, la conception d'un laboratoire sur puce dédié aux fluides biologiques soulève plusieurs problèmes théoriques et technologiques :
- Certains bio-capteurs (comme les bio-capteurs à Résonance de Plasmons de Surface (SPR en anglais)) sont extrêmement sensibles aux variations de température. Il est donc nécessaire de manipuler les fluides biologiques dans une gamme de température très étroite.
- Un deuxième problème est de savoir comment contrôler des échantillons de fluides biologiques à la fois en temps réel et de manière précise et adaptative. Les ondes de Rayleigh (R-SAW), des ondes acoustiques de surface, représentent un outil versatile pour le déplacement, l'atomisation et le mélange de fluides placés aussi bien sur la surface d'un substrat solide, que confinés.
Cependant, l'actionnement à l'aide d'ondes acoustiques peut provoquer une augmentation significative de la température du fluide, et tout particulièrement lorsque ce dernier est fortement visqueux.
Ainsi, la miniaturisation et le couplage de différents bio-capteurs (tels que des bio-capteurs à SPR, des micro-calorimètres, et des capteurs à ondes de Love (L-SAW)) et d'actionneurs à ondes de Rayleigh sur une même puce nécessitent de nouveaux travaux de recherche.
Dans ce projet, nous nous proposons donc de:
1) Etudier en profondeur les phénomènes physiques intervenants dans l'actionnement de fluide par ondes de Rayleigh (et tout particulièrement le couplage non-linéaire acousto-fluidique) afin de pouvoir proposer des manières efficaces et originales de contrôler très précisément le déplacement, le mélange et l'atomisation de fluides biologiques, tout en limitant l'augmentation de leur température.
2) Développer une électronique programmable permettant de contrôler en temps réel les déplacements et la caractérisation de fluides biologiques grâce  la génération de fronts d'onde complexes.
3) La conception et l'optimisation d'une plateforme unique permettant simultanément la manipulation et la mesure d'un grand nombre de paramètres physiques (température, pression, viscosité, cinétique de liaison, caractéristiques structurelles des molécules biologiques) de gouttes micrométriques de fluides biologiques grâce à l'intégration et au couplage de bio-capteurs SPR, L-SAW et de micro-calorimètres.
Ce projet scientifique transverse, et possédant un fort potentiel d'applications industrielles, bénéficiera de la synergie créée par la mise en réseau d'experts en acoustique, en micro-fluidique, en électronique, en micro- et nano-technologies et  en bio-physique. Ce consortium, unique, permettra de traiter à la fois les aspects fondamentaux et technologiques de ce sujet. Le groupe ainsi constitué, pourra bénéficier des compétences et des moyens technologiques les plus performants (salles blanches, plateformes de caractérisation) du LN2 (UMI-CNRS 3463) et des autres Instituts impliqués dans le projet.