La conception et la fabrication « à façon » de dispositifs microfluidiques requiert très souvent l’utilisation de multiples équipements coûteux en temps et en argent (lithographie notamment). Par ailleurs, l’achat auprès de fournisseurs industriels ne permet pas toujours l’obtention de structures pleinement adaptées aux besoins de l’utilisateur final, notamment dans le contexte médical, où un niveau minimal de biocompatibilité est souhaitable. La première partie de notre étude porte donc sur le développement d’une technique de création personnalisée, rapide et à moindre frais de réseaux microfluidiques à section circulaire, en polydimethylsiloxane. Par suite, la thématique « Lab On Chip » est naturellement liée au développement de techniques de détection. L’imagerie médicale par agents de contraste est l’une de ces voies de détection. Les agents de contraste les plus utilisés sont les produits iodés, qui ne permettent pas toujours l’obtention d’un contraste optimal sur les clichés scanner. L’injection de ces produits peut engendrer de graves complications chez des patients potentiellement allergiques, d’autant plus qu’ils se dispersent dans la totalité de l’organisme. Ainsi le développement de nouveaux produits de contraste plus efficients, et qui pourraient permettre un ciblage biologique plus localisé est un challenge d’actualité. Dans ce but, la synthèse de particules d’or de formes et de tailles variées a été réalisée. Ces particules ont été analysées par imagerie micro-scanner pour petit animal, afin d’optimiser d’une part les protocoles sur équipement réel, et d’autre part vérifier les possibilités de discrimination des différents types d’échantillons, ainsi que le bénéfice engendré comparativement à des échantillons d’agents de contraste iodés. / Conception and fabrication of microfluidic devices is frequently money and time consuming. Furthermore, sophisticated equipments and techniques are required (eg. lithography). Moreover, industrial manufacturers do not provide perfectly adapted devices. Their structures do not completely match with final needs of their users, especially in medicine context, where a minimal level of biocompatibility is desirable. The first part of this study is dedicated to the development of a customizable technique. This method will enable quick and low cost creation of microfluidic networks made of polydimethylsiloxane, with circular channel section. Then, this Lab-On-Chip thematic can be linked to the development of detection techniques. Medical imaging is one of those ways of detection. The most used contrast agents are the iodinated ones, but they do not always give a good enough contrast on the scanner images. Moreover, injection of those iodinated products can produce medical complications as a deadly allergy for some sensitive patients, as they disperse everywhere in the body. Thus, development of new and more efficient contrast agents, able to target more precisely specific zones in the human body is a challenge. To reach this aim, the synthesis of gold micro and nanoparticles with different sizes and shapes have been realised. These particles have been analyzed using a micro-scanner equipment. Those analyses have enabled on the one hand the protocols optimization onto real medical equipment, and on the other hand, they have permitted to verify the possibilities of discrimination of the samples between themselves and the benefit given by the gold particles onto the iodinated samples.

Ce travail de thèse s’est porté sur le développement technologique d’un laboratoire sur puce permettant la caractérisation ultrasonore de milieux biologiques en canal microfluidique grâce à des transducteurs de ZnO fonctionnant à une fréquence centrale de 1 GHz. Ce système permet de caractériser, par la transmission d’ondes longitudinales de volume au travers de ce canal, les propriétés mécaniques du milieu sous investigation. Les ondes de volume sont guidées dans une direction parallèle à la surface du substrat grâce à l’introduction de miroirs à 45° obtenus par gravures humides. Cette thèse s’est portée plus particulièrement sur les développements technologiques des briques de base (transducteur ultrasonore en couche mince, miroirs acoustiques, canal microfluidique, lentille cylindrique) ainsi que leur intégration dans un laboratoire sur puce à base de silicium et PDMS. Ces élément ont été étudiés et optimisés afin de réussir le guidage d’ondes dans le substrat de silicium vers le canal microfluidique d’un transducteur émetteur vers un transducteur récepteur. Ce système a permis de réaliser des essais de détection de particules, des mesures de concentration de milieu de référence et également de faire des premières mesures sur des liquides biologiques grâce à l’utilisation de lentilles cylindriques obtenues par gravure plasma. / This thesis presents an acoustofluidics platform for elastic characterization of biological samples using ultra high frequency (~1GHz) ultrasonic bulk acoustic waves (BAW). Passive 45° mirror planes obtained by wet chemical etching can be used to control bulk acoustic wave to transmit in the directions parallel to the surface of the silicon wafer. Zinc oxide (ZnO) thin film transducers were deposited by radio frequency sputtering on the other side of the wafer, which act as emitter/receiver after aligned with the mirrors. A microchannel fabricated using ICP technology was inserted between 45° mirror and vertical mirrors to realize the real time biosensing applications. To validate the design and technology of the silicon and PDMS-based platform, the propagation of bulk acoustic waves through the microfluidic channel was studied. This lab-on–a-chip platform was used to characterize different concentrations of chemical solutions in the microfluidic channel and detect latex particles passing through the channel. Moreover, with this design, a confocal cylindrical lens using ICP technology was integrated in the microsystem. The confocal lens controls the phase of acoustic waves for focusing which is used to characterize and detect biosamples (e.g. blood cells), especially on-line to evaluate the concentration of red blood cells.

Sur une surface superhydrophobe, les gouttes d'eau rebondissent ou roulent grâce au piégeage de poches d'air entre les microstructures (état « Fakir »). Cependant, cette même surface est inefficace vis à vis d'une goutte d'alcool qui s'imprègne dans les aspérités. Afin d'étendre l'effet superhydrophobe à une large gamme de liquides, il est nécessaire de fabriquer des microstructures présentant une géométrie dite « ré-entrante ». Ces surfaces sont alors dites superomniphobes. Dans un premier temps, nous présentons deux procédés de fabrication permettant d'obtenir de telles surfaces à base de polymère, ou à base de polymère et de nitrure de silicium. Dans un second temps, nous étudions les propriétés d'adhésion (hystérésis d’angle de contact) de ces surfaces en fonction des paramètres géométriques des microstructures. Les résultats mettent en évidence un effet de saturation non décrit par les modèles théoriques existants. Afin de contribuer à la compréhension des mécanismes physiques responsables de ce phénomène, nous présentons une expérience permettant d'imager la déformation de l'interface liquide sur ces surfaces. Les mesures montrent la formation de micro ponts liquides durant le démouillage. Nous montrons que l'analyse des modes d'instabilité de ces ponts liquides permet de justifier qualitativement la saturation observée. Ces expériences mettent également en évidence le dépôt de nano-volumes de liquide sur les structures suite au démouillage de la surface. L'hétérogénéité de ces dépôts est corrélée à la dynamique de la ligne triple. Ce phénomène présente des perspectives intéressantes pour le dépôt contrôlé et passif de colloïdes ou biomatériaux. / On a superhydrophobic surface, water drops rebound and roll off due to trapping of air pockets between micro or nano structures (“Fakir” state). However, the same surface is inefficient toward alcohol drops which spread in the asperities.In order to extend the superhydrophobic effect to a wide range of liquids, it is necessary to design microstuctures with a “re-entrant” geometry. These surfaces are then called superomniphobic. In a first time, we present two microfabrication processes enabling to obtain such surfaces in polymer, or in polymer and silicon nitride. In a second time, we study the adhesion properties (contact angle hysteresis) as a function of microstructures geometrical parameters. The results point out a saturation effect which is not described by actual models. In order to better understand the underlying physical mechanisms responsible for this phenomenon, we present an experiment enabling to visualize the liquid interface deformation on these surfaces. Measurements show that dewetting occurs through the formation of micro capillary bridges. By analyzing the instability modes of these liquid bridges, we show that it is possible to qualitatively demonstrate the observed saturation effect. The experiments also point out the presence of nano-scale liquid volumes on the micro-structures resulting from de-wetting of the surface. The heterogeneities of these deposits is correlated to the triple line dynamic. The phenomenon presents interesting perspectives for the controlled and passive deposition of colloids or bio-materials.

Ces travaux de thèse ont porté sur l’étude de solutions originales pour limiter la biopollution dans des systèmes microfluidiques à base d'électromouillage (EWOD) couplés à un biocapteur à résonance de plasmons de surface (SPR). Deux approches complémentaires ont été étudiées. Dans un premier temps nous avons mis à profit la forte adsorption de protéines sur des nanofeuillets d'oxyde de graphène (GO): les caractérisations de mouillage de solutions contenant un mélange de GO et de protéines (albumine sérique bovine - BSA) ont permis de montrer que le GO maintenait en suspension les protéines en évitant leur adsorption sur la surface. Le résultat le plus remarquable obtenu concerne le déplacement par EWOD de BSA, à une concentration de 195ng/µL (pour 500ng/µL de GO), 30 fois plus que ce qu’il est possible de transporter sans GO. Nous avons montré que la présence des feuillets de GO n’altère pas l’activité enzymatique. Une autre solution a consisté à développer des surfaces superomniphobes (connues pour leur propriété d’auto-nettoyage) via un dépôt chimique de nanostructures d’oxyde de zinc (ZnO). Nous avons montré que certaines nanostructures de forme réentrante présentent des angles de contact supérieurs à 140°, des hystérésis inférieures à 20° pour des liquides de tensions de surface supérieures à 35mN/m. Pour finir, ces deux approches ont été validées pour l’application envisagée. L’interaction entre biomolécules et biodétecteur SPR a pu être validée (i) en contrôlant la désorption des protéines du GO par une solution basique, (ii) en réalisant des ouvertures dans les nanostructures de ZnO. / This work reports on the study of original strategies to limit biofouling in Electrowetting-on-Dielectric (EWOD) based microfluidic devices coupled with a Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensor. Two complementary approaches have been investigated. In the first part, we take advantage of the high adsorption capacity of graphene oxide (GO) for biomolecules: the wetting properties of a mixed solution containing Bovin Serum Albumine (BSA) and GO show that GO keeps proteins in suspension inhibiting their adsorption on the surface. The most important result concerns the EWOD motion of BSA droplet with a concentration of 195ng/µL (with 500ng/µL of GO). In this case, the BSA concentration is 30 times higher than the BSA concentration which can be displaced without GO. We show also that the presence of GO in the droplet does not alter the enzymatic activity of horseradish peroxidase (HRP) after GO/HRP displacement. The other developed solution consists in the development of superomniphobic surfaces (known for their self-cleaning properties) via chemical deposition of zinc oxide (ZnO) nanostructures. The chemically functionalized ZnO nanostructures display contact angles higher than 140° and hysteresis lower than 20° for liquids of surface tensions higher than 35 mN/m. To conclude, these two approaches have been validated for the targeted application. Interaction between biomolecules and the SPR biosensor can be realized (i) by controlling proteins’ desorption from GO in base solution, (ii) by making microapertures in ZnO nanostructured surfaces.

La micro et la nanotechnologie a créé un bouleversement dans beaucoup de domaine tel que l’industrie ou la recherche. Pour la recherche, les enjeux économiques (quantité) et écologiques (déchets, risques chimiques) vont directement dans le sens de cette miniaturisation pour l’obtention de procédé sûr, propre et moins couteux. Cette thèse présente la mise en place d’un nouveau procédé de conception de BioMEMS assistée par plasma froid. L’objectif est le développement d’un microdispositif à partir d’un matériau non toxique, le Tetramethyldisiloxane (TMDSO), grâce à une technologie de dépôt de couche mince assisté par plasma, et intégrant une enzyme, pour la réalisation de réaction catalytique. Pour cela, un protocole d’immobilisation et d’intégration de l’enzyme, la β-galactosidase, a été développé afin de vérifier la capacité du TMDSO à retenir les enzymes et conserver sa fonction biologique. Ensuite, une évaluation de l’activité catalytique de l’enzyme immobilisée a été entreprise par la réalisation de réaction à l’échelle millifluidique, validant l’immobilisation ainsi que la biocompatibilité du ppTMDSO. Ensuite, un microréacteur à enzyme immobilisée a été réalisé, afin d’évaluer l’influence du passage à l’échelle microfluidique et de comprendre les phénomènes liés à la diffusion et la réaction des espèces au sein du dispositif. Enfin, la conception d’un microcanal en ppTMDSO et intégrant l’enzyme, a été réalisée afin de d’étudier la faisabilité d’une méthodologie « bio-integrante » pour la création d’un BioMEMS. L’utilisation d’une méthodologie bio-integrante peut être considérée comme une alternative prometteuse pour le développement de nouveaux outils de recherches. / The micro and nanotechnology has created an upheaval in many field such as industry or research. For research, economic issues (quantity) and ecological (waste, chemical hazards) go straight in the direction of this miniaturization process for obtaining safe, clean and less expensive. This thesis presents the development of a new BioMEMS design process assisted by cold plasma. The objective is to develop a micro-device from a non-toxic material, tetramethyldisiloxane (TMDSO), through a plasma enhanced thin film deposition technology, and incorporating an enzyme, for carrying out catalytic reaction. For this, an immobilizer protocol and integration of the enzyme, β-galactosidase, was developed to verify TMDSO's ability to retain enzymes and retain its biological function. Then, an evaluation of the catalytic activity of the immobilized enzyme was carried out by carrying out the reaction millifluidic scale, validating the asset and the biocompatibility of ppTMDSO. Then, an immobilized enzyme microreactor was conducted to assess the influence of the transition to the microfluidic scale and understand the phenomena related to the diffusion and reaction of the species within the device. Finally, the design of a microchannel ppTMDSO and incorporating the enzyme, was conducted to study the feasibility of a "bio-integral 'methodology for establishing a BioMEMS. The use of a bio-integral method may be regarded as a promising alternative for the development of new research tools.

Les nanomatériaux à base de carbone ont suscité un intérêt considérable en raison de leurs applications potentielles dans divers domaines. Ces matériaux sont également considérés comme des matrices idéales pour le développement de capteurs/biocapteurs électrochimiques avec une grande sensibilité. Au cours de ce travail de thèse, on a utilisé des nanotubes de carbone alignés verticalement dopés à l'azote (VA-NCNT), des électrodes d’or modifiées avec des nanofibres de carbone/hydroxyde de cobalt (CNFs/Co(OH)2) par dépôt électrophorétique, ou avec des nanoparticules de cuivre /oxyde de graphène réduit (Cu NPs/rGO), ainsi que des électrodes de carbone vitreux modifiées avec des nanoparticules d'or/rGO (Au NPs/rGO), et évalué leurs caractéristiques électrochimiques pour la construction de capteurs/biocapteurs. La modification des électrodes de VA-NCNT avec des aptamères lysozyme a permis une détection sensible (du l’ordre du femtomolaire) de lysozyme dans le sérum. Cette méthode a été appliquée avec succès pour la détection de lysozyme chez des personnes atteintes de la maladie inflammatoire de l'intestin (IBD). Les électrodes d'or modifiés par rGO/Cu NPs et CNFs/Co(OH)2 ont montré un excellent comportement pour l’oxydation électro-catalytique du glucose. Ils ont été utilisés pour la détection non enzymatique du glucose dans des solutions tampons de façon sélective mais aussi pour la détermination du glucose dans le sérum humain. La détection non enzymatique du peroxyde d'hydrogène a également été réalisée sur des électrodes modifiés par rGO/Au NPs, ce dernier a été préparé en utilisant la tyrosine pour la réduction d'oxyde de graphène (GO) et le sel d’Au. / Carbon-based nanomaterials have attracted tremendous interest because of their potential applications in various fields. These materials are also considered ideal matrixes for the development of highly sensitive electrochemical based sensing platforms. In this thesis, vertically aligned nitrogen-doped carbon nanotube (VA-NCNT) electrodes, gold electrodes modified with cobalt hydroxide embedded carbon nanofibers (CNFs/Co(OH)2) through electrophoretic deposition, or copper nanoparticles loaded reduced graphene oxide (rGO/Cu NPs), as well as chemically formed gold nanoparticle decorated rGO (rGO/Au NPs) modified glassy carbon electrodes were developed, and their electrochemical and sensing capabilities were investigated. Modification of VA-NCNT electrodes with lysozyme aptamers resulted in a sensor with femtomolar sensitivity to lysozyme in serum and was successfully applied for the differentiation of healthy patients and inflammatory bowel disease (IBD) affected ones. rGO/Cu NPs and CNFs/Co(OH)2 coated gold electrodes showed excellent electro-catalytic oxidation behavior towards glucose and were employed as non-enzymatic glucose sensors for glucose determination in human serum. Non-enzymatic hydrogen peroxide detection was also achieved on rGO/Au NPs modified electrodes, where the matrix was formed using tyrosine as dual reductant of graphene oxide (GO) and Au salt.

Les laboratoires sur puce visent à intégrer sur un substrat miniaturisé une ou plusieurs fonctions de laboratoire. Cette miniaturisation d’opérations élémentaires présente des avantages indéniables en termes de portabilité, de vitesse et de rendement des analyses chimiques ou biologiques. Il est ainsi nécessaire de pouvoir contrôler avec précision des petites quantités de liquide sous forme de gouttes. Les actionneurs à ondes acoustiques de surfaces permettent de réaliser la plupart des opérations requises en exploitant les interactions non linéaires entre une onde acoustique et un liquide. Toutefois la physique sous-jacente à ces microsystèmes n’est encore que partiellement comprise, limitant le développement de telles plateformes d’analyse. Nous nous proposons, dans ce travail, d’étudier de manière théorique et expérimentale l’oscillation et le déplacement d’une goutte soumise à des ondes acoustiques de surface. La réaction d’une goutte à une telle excitation ainsi que les transferts non linéaires d’énergie sont abordés dans une première partie. La deuxième partie est consacrée à la modélisation faiblement non linéaire de l’oscillation d’une goutte afin de prédire les résonances paramétriques d’une goutte soumise à une excitation périodique. Dans une troisième partie, la comparaison de la dynamique de gouttes pendantes et de gouttes posées sur des plans horizontaux et inclinés met en exergue l’influence de la gravité sur la dynamique de la goutte, et permet d’observer de nouvelles dynamiques complexes. Enfin dans la dernière partie, les dynamiques décrites dans les précédents chapitres sont utilisées pour trier des cellules en fonction de leur pouvoir d’adhésion. / A lab-on-a-chip aims at integrating on a miniaturized substrate one or several laboratory functions. This miniaturization of elementary functions has major advantages to design portable systems, to control precisely the experimental conditions or to reduce the environmental impact of industrial activities. In most of these microsystems, it is necessary to actuate a small amount of chemical or biological fluid under the form of droplets. In particular, it is often necessary to move, divide atomize or mix these small quantities of fluids. Surface Acoustic Wave actuators allow to perform all these elementary operations. They rely on the nonlinear interaction of a surface wave and a liquid. However a precise understanding of the underlying physics is still missing, hence restraining a widespread use of these microsystems. We present, in this thesis, a theorical and experimental study of the oscillation and the displacement of a droplet under a surface acoustic wave excitation. In the first part, we describe the droplet dynamics and nonlinear energy transfers that occur during actuation. The second part of the manuscript is dedicated to the development of a weakly nonlinear model to study parametric response of a droplet to periodic excitation. In a third part, the influence of the gravity is shown through the comparison of pendant and sessile droplet dynamics. A competition beetwen acoustic forces and gravity appears when tilting the experimental device and allow us to observe new droplet dynamics. In the last part of the manuscript, the free surface drop deformations generated by surface acoustic waves, are used to viably sort cells based on their adhesion properties.

Le procédé de la métastase cancéreuse et sa compréhension sont devenus un des sujets majeurs de recherche en Biologie. En utilisant des modèles in-vitro en culture statique et dynamiques, nous avons étudié la possibilité de reproduire l’environnement physiologique in-vivo avec ces modèles. Nous avons développé un modèle de coculture hiérarchique dans des plaques à fond en PDMS. Composé d’hépatocytes, de pericytes et de cellules endothéliales. Dans différentes conditions, l’influence de ces cellules sur l’adhésion de cellules cancéreuses ou promyéloblastiques a été analysée ainsi que leur effet sur l’état inflammatoire du système. Afin de reproduire le flux sanguin et les forces de cisaillement présents in-vivo, le modèle a été transféré dans un système microfluidique. Le système se compose de trois canaux séparés par des micro-piliers, pouvant être remplis indépendamment. Les pericytes insérés dans du gel, les hépatocytes, les cellules endothéliales et finalement les cellules cancéreuses ont été injectés de façon successive afin de reproduire l’environnement in-vivo. Les cellules ont été trouvées viables durant toute la culture et des marqueurs relatifs au foie et à l’inflammation exprimés. L’influence des hépatocytes et des pericytes a été analysé. Il a été observé que les cellules cancéreuses adhérées dans le canal du haut étaient attirées par les autres cellules dans les diffèrent canaux. Les modèles établis posent de solides bases pour d’autres systèmes plus complexes et d’intérêt pouvant servir de complément aux modèles in-vivo lors de la recherche de nouvelles substances médicamenteuses. / The cancer metastatic process and its understanding have been a major topic of interest for researchers in the past. Using in-vitro models in both standard culture conditions and in microfluidic devices, we investigated the feasibility of such models in the representation of the physiological in-vivo situation. We developed a hierarchical coculture model in PDMS plates, composed of hepatocytes, pericytes and endothelial cells. In different culture conditions, the influence of the different cells composing the model on the adhesion of cancer cells and promyeloblastic cells was investigated as well as the influence on the inflammatory state of the culture. To reproduce the in-vivo blood flow and shear stress to which the endothelial cells and the adhering cells are subjected, the model was then transferred into a microfluidic biochip. The device was composed of three channels, separated by micropillars and which could be filled independently one from another. Pericytes embedded in a hydrogel, hepatocytes, endothelial cells and finally pancreatic cancer cells could be inserted successively to reproduce the in-vivo hierarchical situation. Cells were found to viable after the culture and markers related to the liver and inflammation to be expressed. The influence of the presence of hepatocytes and pericytes was investigated by varying the culture conditions. It was found that pancreatic cancer cells were attracted by the cells in other channels in coculture. The established models lay the bases for more complex and relevant systems that could complement their in-vivo counterparts in the drug discovery process.

Plus de 20 % des cancers sont dus à une infection virale, bactérienne ou parasitaire. En effet, le parasite Cryptosporidium parvum (C. parvum) qui est capable d’induire, chez des souris immunodéprimées, le développement d'adénocarcinomes invasifs au niveau gastro-intestinal. Cependant, la compréhension de la pathogénicité de Cryptosporidium a été limitée par l'absence d'un système de culture en continu et à long terme. Il est donc indispensable d’améliorer les systèmes de culture in vitro en mimant le plus possible les conditions de l’in vivo. J’ai participé tout d’abord à la réalisation d’une étude épidémiologique sur des patients Libanais atteints ou non de néoplasies/adénocarcinomes digestifs. Le taux d’infection à Cryptosporidium était significativement plus élevé chez les patients atteints de cancers coliques comparativement aux autres groupes de patients. Offrant ainsi de nouveaux arguments en faveur d’un lien entre l’infection à Cryptosporidium et la pathologie cancéreuse chez l’homme. Ensuite, j’ai développé un modèle de culture tridimensionnelle (3D) à partir d’un côlon murin adulte. Ce système a permis le maintien de l’infection pendant 35 jours et il a mis en évidence le développement in vitro de lésions néoplasiques 27 jours post infection. Il s’agit, de la première description d'une induction de néoplasies intraépithéliales de bas grade dans un système de culture 3D, par un parasite. Afin d’automatiser ce système, j’y ai associé un dispositif de microfluidique. Ce dernier a permis le maintien de la culture pendant 8 jours. Il s’agit de la première description d'une culture tissulaire d’intestin sur un dispositif microfluidique viable pour 8 jours. / Almost 20% of cancers are due to a viral, bacterial or parasitic infection. For instance, Cryptosporidium parvum (C. parvum) was found to induce the development of an invasive digestive adenocarcinomas in an experimental model of SCID mice.However, the understanding of the pathogenesis of Cryptosporidium has been limited by the lack of a long-term culture system. It is therefore essential to improve the in vitro culture systems by trying to mimic the in vivo conditions. Firstly, the association between Cryptosporidium infection and cancer development was investigated through an epidemiological study among cohorts of Lebanese patients with or without recent diagnosis of digestive cancer before any treatment. A high rate of Cryptosporidium was detected in biopsies from Lebanese patients with digestive neoplasia/adenocarcinoma. These results showed that Cryptosporidium is associated with human colon cancer being maybe a potential etiological agent of this disease. In the second part, a three dimensional (3D) Cryptosporidium culture model was developed from adult murine colon. This system allowed the reproduction of neoplasic lesions at 27 days post-infection, providing new evidence of the role of the parasite in the induction of carcinogenesis. This is the first description of a low-grade intraepithelial neoplasia induction after parasite infection in a 3D culture. Finally, in order to automatize the culture, a microfluidics device for explant culture was designed. An explant culture was maintained for almost 8 days using this microfluidic device. To our knowledge, this is the first description of a gut tissue culture on a microfluidic device that was viable for 8 days.

Dans les premières années de la radiothérapie, les mécanismes d’action et les effets secondaires des radiations ionisantes n’étaient que faiblement compris. La génétique moléculaire a clairement montré les dommages causés par ses radiations sur l’ADN des cellules. Cependant, le rayonnement ne distinguant pas les cellules saines des cellules tumorales, les plus grandes avancées modernes en radiothérapie sont concentrées sur l'amélioration de la précision de la dose délivrée. Avec un intérêt relativement bas pour la compréhension fondamentale des mécanismes de base des dégâts biologiques induits par irradiation.Dans le 1er chapitre de cette thèse, l’état de l’art conduit à considérer le Silicon Nano Tweezers (SNT) comme un excellent candidat pour l’exploration des champs méconnus de la radiothérapie. Le 2nd chapitre présente le SNT et sa capacité à caractériser en temps réel les propriétés biomécaniques de l’ADN. Le 3ème chapitre montre le dispositif entourant le SNT et évalue sa capacité à mesurer les caractéristiques d’un faisceau d’ADN en milieu liquide subissant le rude champ électromagnétique généré par la machine de radiothérapie : le Cyberknife. Le 4ème chapitre explique le protocole spécialement développé pour la caractérisation par le SNT de l’ADN en milieu liquide. Le 5ème chapitre présente les résultats clés, obtenus dans diverses conditions, de caractérisations mécaniques en temps réel de faisceau d’ADN irradiés par le Cyberknife. La dernière partie conclue finalement sur les possibilités et les perspectives offertes par la technologie des Microsystèmes électromécaniques dans l’avancée de la recherche en radiothérapie et en plus largement en médecine. / In the early days of radiotherapy, very little was known about the mechanism of action of ionizing radiation and its side effects. The understanding of molecular genetics has made it clear that radiation damages mainly the DNA of cells. However, since radiation does not distinguish between healthy and tumor cells, the largest improvement of the radiotherapy technology in modern days has concentrated on improving the precision of dose-deliver, with a comparatively lower interest in the fundamental understanding of the basic mechanisms of biological radiation damage.In the first chapter of this thesis, the state of the art conducts to consider the Silicon Nano Tweezers (SNT) as an excellent candidate to explore unknown field of the radiotherapy treatment. The second chapter introduces the SNT and explains its ability to conduct real-time biomechanical characterization of a DNA bundle. The third chapter shows the surrounding SNT setup, and evaluates its capability to measure the biomechanical characteristic of a DNA bundle in liquid under the harsh electromagnetic environment generated by a radiotherapy machine: the Cyberknife. The fourth chapter explains the protocol developed for the DNA characterization in liquid by the SNT. The fifth chapter presents some key results of real-time mechanical characterization of DNA bundles under the Cyberknife irradiation in several conditions, followed by a discussion based on the theoretical model of a randomly damaged DNA bundle. The last part finally concludes on the capability and perspective offered by Micro-electromechanical technologies to push the research in radiotherapy and in medicine.