Dans la lutte contre le cancer, la médecine personnalisée est une stratégie nécessaire et très prometteuse. En effet, il est primordial de pouvoir tester l'innocuité et l'efficacité de médicaments anticancéreux sur des échantillons provenant du patient lui-même, du fait de la diversité des réponses entre patients. Le but est d'améliorer la performance des soins et d'éviter des traitements inutiles et même parfois nocifs pour le patient. Ainsi, l'exemple de la chimiothérapie illustre parfaitement cette stratégie. Le cout élevé des molécules thérapeutiques, la nocivité de ces molécules et les réponses variées des patients face à une même molécule implique le recours aux tests de ces molécules sur un échantillon provenant du patient lui-même. Il en résulte un intérêt croissant dans le développement de tests simples, robustes et peu couteux permettant l'évaluation de la chimio sensibilité de cellules biologiques issues d'une biopsie. Les problématiques liées à la mise en place de tels tests sont la quantité de cellules disponibles dans une biopsie, la diversité des molécules thérapeutiques à tester et également le choix d'une technique de détection permettant de suivre la cinétique d'action des molécules sur les cellules biologiques. L'une des réponses à la faible quantité de cellules est le développement de tests dans des environnements microfluidiques qui nécessitent donc l'intégration et la miniaturisation d'une technique de détection. La stratégie qui sera étudiée dans cette thèse est l'utilisation de l'impedancemetrie par le biais d'électrodes inter digitées d'Oxyde d'Etain et d'Indium (ITO) pour l'analyse quantitative de l'état de cellules de cancer du sein pour des applications de criblage de médicaments anticancéreux. Ce matériau présente l'avantage d'être transparent permettant ainsi des mesures d'impédance qui pourrait être couplées à des mesures optiques dans un environnement microfluidique. Dans une première partie, nous avons caractérisé et étudié des électrodes inter digitées d'or et d'ITO pour des mesures d'impédance avec des cellules cancéreuses. Cette caractérisation par spectroscopie d'impédance réalisée dans des solutions de milieu de culture en présence et absence de cellules, ont permis de démontrer que la différence de sensibilité entre ces deux matériaux provenait à la fois d'une différence de comportement résistif mais également d'une différence d'impédance interfaciale, dans les deux cas à la défaveur de l'ITO. Après ce constat, nous avons donc poursuivi l'étude afin d'évaluer les capacités de l'ITO pour des mesures de chimio sensibilité de la molécule 5-fluorouracil et également proposé une stratégie pour améliorer la sensibilité de l'ITO tout en conservant sa transparence. La stratégie développée consiste en la modification de la surface de d'électrodes d'ITO avec de l'oxyde d'iridium pour améliorer la sensibilité de l'ITO, tout en gardant sa transparence. Cette approche est intéressante pour pouvoir concevoir un dispositif transparent et facile à coupler avec un système d'observation microscopique dans un environnement microfluidique / In the fight against cancer, personalized medicine is a necessary and very promising strategy. In fact, it is essential to be able to test the safety and effectiveness of anticancer drugs on samples from the patient, due to the diversity of responses between patients. The aim is to improve the performance of health care and avoid unnecessary and sometimes harmful treatments. Thus, chemotherapy perfectly illustrates this strategy. The high cost of therapeutic molecules, the harmfulness of these molecules and the varied responses of patients involve the use of tests with chemotherapeutic molecules on samples coming from cancer patients. This results in a growing interest in the development of simple, robust and inexpensive tests for assessing the chemo sensitivity of biological cells from a biopsy. The problems related to carrying out such tests are the quantity of cells available in a biopsy, the diversity of the therapeutic molecules to be tested and also the choice of a detection technique, able to monitor the kinetics of action of the molecules on the biological cells. One solution to the small amount of cells is to carry out the tests in microfluidic environments which therefore require the integration and miniaturization of a detection technique. The strategy that will be studied in this thesis is the use of electrical impedance with interdigitated electrodes of indium tin oxide (ITO) for the quantitative analysis of the state of breast cancer cells for screening applications of anticancer drugs. This material has the advantage of being transparent allowing impedance measurements that could be coupled to optical measurements in a microfluidic environment. In the first part, we characterized and studied interdigitated electrodes of gold and ITO for impedance measurements with cancer cells. This impedance spectroscopy characterization carried out in culture medium solutions, in the presence and absence of cells, demonstrated that the difference in sensitivity between these two materials comes from a difference in resistive behavior and also from a difference in interfacial impedance, in both cases to the disadvantage of ITO. After this, we continued the study to evaluate the capabilities of ITO for chemosensitivity measurements using the molecule 5 fluorouracil and we suggested a strategy to improve the sensitivity of ITO while maintaining its transparency. The strategy developed consists of modifying the surface of ITO electrodes with iridium oxide to improve the sensitivity of the ITO, while keeping its transparency. This approach is interesting for developing a transparent device and easy to couple with a microscopic observation system in a microfluidic environment

Cette thèse porte sur le développement d’un capteur plasmonique intégrant une fonction d’actuation des objets visés. L’objectif est de passer outre la limite de diffusion rencontrée à basse concentration en piégeant les particules sur la surface de détection. La stratégie adoptée est de structurer le film d’or servant à la détection de manière à pouvoir l’utiliser pour mettre en mouvement le fluide et les molécules par le biais de champs électriques. Le transfert de masse est réalisé par diélectrophorèse et électroosmose, deux effets électrocinétiques mis en oeuvre par des électrodes servant à la fois d’actuateur et de capteur plasmonique. Un état de l’art exhaustif et des simulations multiphysiques ont permis de concevoir un prototype de capteur intégré constitué d’électrodes interdigitées en or permettant la détection plasmonique. Le dispositif proposé a été obtenu par microfabrication en salle blanche puis caractérisé avant l’étude de ses performances. Une première phase de tests sur un système modèle, des billes de polystyrène dans de l’eau, a permis d’apporter la preuve de concept du fonctionnement du capteur, qui est effectivement capable de piéger rapidement les objets visés à sa surface afin de les détecter. Les mécanismes de transfert de masse ont été expliqués et la preuve de l’amélioration de la limite de détection par un facteur supérieur à 100 a été apportée. Dans un second temps, les performances du capteur appliqué à des objets biologiques ont été évaluées. Celui-ci piège efficacement des levures et des protéines, mais aucune amélioration n’a été observée dans le cas de la détection spécifique de l’hybridation entre deux brins d’acide désoxyribonucléique (ADN). Les causes de ce résultat ont été discutées et comprises et deux solutions différentes ont été explorées : l’adaptation de la fréquence d’opération et l’optimisation de la géométrie des électrodes. Ainsi, cette étude a permis de souligner la problématique de la mise en oeuvre d’effets électrocinétiques dans des milieux biologiques et de réfléchir aux pistes pertinentes pour sa résolution. / This thesis focuses on the development of an integrated plasmonic sensor capable to perform mass transport on targeted objects. The goal is to overcome the diffusion limit by trapping particules directly on the sensing surface. The adopted strategy was to structure the gold layer used for plasmonic detection in order to use the sofabricated structures to set the fluid and the molecules in motion by applying electric fields in the fluid. The mass transfer is realized through dielectrophoresis and electroosmosis, those two electrokinetic effects being operated by electrodes acting as sensor and actuator at the same time. An exhaustive state of the art as well as multiphysical simulations allowed us for designing a prototype for an integrated sensor consisting in gold interdigitated electrodes enabling plasmoninc sensing. The proposed device was obtained through microfabrication in clean room facilities and was characterized before the study of its performances. A first sequence of tests on a model system – polystyrene microbeads in water – brought the proof of concept we needed to validate the correct operation of the sensor, which is indeed capable of quickly trapping targeted objects on its surface and detecting them. The mass transfer mechanisms were explained and we showed the enhancement of the limit of detection by a factor greater than 100. In a second phase, performances of the sensor applied to biological objects were evaluated. It can effectively trap yeasts and proteins but no enhancement has been observed while detecting DNA hybridization events. Causes for this result were discussed and understood and two different solutions were explored: the adaptation of the operating frequency and the optimization of the electrodes geometry. Thus, this study highlighted the problematic of operating electrokinetic effects in biological media and suggested relevant leads towards its resolution.