La synthèse de matériaux polymères stables en milieu organique a été réalisée sur la base d’une série de copolymères à blocs de type polyuréthane. La synthèse de membranes denses autosupportées a permis la caractérisation des différents polyuréthanes et la sélection des formulations les plus adaptées pour l’obtention de membranes composites à peau dense. Les propriétés des membranes ont été ajustées par modulation des réactifs de départ. Une bonne résistance aux solvants organiques a été notée et les flux de perméation les plus importants ont été obtenus avec les matériaux les plus souples. Une membrane rigide a été testée pour la récupération du catalyseur Grubbs-HoveydaII du toluène. Malgré un faible taux de gonflement, le taux de rejet était limité à 48%, permettant de rompre avec l’idée liant la rigidité du réseau à une bonne sélectivité. Une démarche compréhensive du mécanisme de transport en nanofiltration organique (NFO) a été menée sur des membranes en polydiméthylsiloxane (PDMS). L’effet de la pression sur le gonflement a été examiné à travers deux appareils mimant les conditions de pression en NFO. Il a été démontré que la pression n’affectait pas l’équilibre amont de sorption mais induisait une diminution du gonflement de l’interface aval de la membrane. Le gradient de gonflement a été proposé comme force motrice du transport des solvants. La perméation des solvants purs et des solutés a été ensuite étudiée. Le modèle de solution-diffusion a pu être proposé comme mécanisme de transport des solvants purs. La sélectivité des membranes s’est avérée être indépendante de l’affinité solvant-membrane mais dépendante de l’affinité soluté - solvant et soluté - membrane / The synthesis of polymeric solvent stable materials was carried out on the basis of block copolymers polyurethane. A series of self-supported dense membranes allowed characterizing the different polymers and the selection of the most suitable ones to prepare composite membranes with a dense top layer. The properties of the membranes were adjusted by tailoring the starting reagents. Good resistance of the membranes in organic solvents was observed and the most important permeation flows were obtained with the softer materials. A rigid membrane was tested for the recovery of the Grubbs-HoveydaII catalyst from toluene. Despite a low swelling rate, the selectivity of the membrane was limited to 48%. This result is in contradiction with the common idea stating that high selectivity is due to rigid polymer network. A comprehensive approach of the transport mechanism in organic solvent nanofiltration (OSN) was conducted using polydiméthylsiloxane membranes (PDMS). The effect of pressure on the swelling was examined using two devices mimicking the pressure conditions in OSN. It has been shown that the pressure does not affect the upstream equilibrium sorption but induced a decrease of the swelling of the downstream interface of the membrane. The swelling gradient between the two sides of the membrane was proposed as driving force of solvents transport. The nanofiltration of solvents and solutes were then studied. The results showed that the solution–diffusion model was fully valid for pure solvents transport. The selectivity of the membrane was found to be independent of the membrane-solvent interaction but affected by the solute-membrane affinity and solute-solvent interaction

La phosphorylation de protéines est un régulateur clé de voies de signalisation cellulaire. Elle est impliquée dans la plupart des événements cellulaires et contrôle les processus biologiques tels que la prolifération, la différenciation et l'expression des gènes. Une phosphorylation anormale de protéines peut être observée dans diverses maladies comme certains cancers ou maladies neurodégénératives. Ces protéines constituent donc des biomarqueurs potentiels pour le développement d’outils de diagnostic. Cependant les phosphoprotéines peuvent être présentes à faibles concentrations dans les liquides biologiques et des techniques d’enrichissement sélectif des protéines phosphorylées doivent être développées en amont des analyses. L'une des approches les plus courantes est basée sur la chromatographie d'affinité de type IMAC. Le but de ce travail de thèse était de développer un microsystème contenant un monolithe en tant que support solide d'extraction pour réaliser une préconcentration sélective de phosphopeptides par IMAC. La polymérisation par UV et la caractérisation (perméabilité, porosité et surface spécifique) d'un monolithe à base de phosphate de méthacrylate d'éthylène glycol dans des capillaires de silice ont été d'abord réalisées. Puis, nous avons tenté d'optimiser les différentes étapes de l’IMAC (immobilisation du métal, chargement de l’échantillon, lavage et élution). Une immobilisation efficace de zirconium sur le monolithe phosphaté a été démontrée par des mesures de FEO dans un capillaire et a été par la suite confirmée par la rétention d'un phosphopeptide modèle. Nous avons démontré que le monolithe phosphaté était également un support d’échange de cations vis-à-vis de peptides fortement basiques. Les protocoles de chargement et d'élution ont également été étudiés, mais nécessitent encore d’être améliorés. La transposition de l'enrichissement de phosphopeptides par IMAC sur un système miniaturisé a ensuite été envisagée. Nous avons choisi deux matériaux pour la puce : le PDMS, qui est un polymère attractif pour son faible coût, sa facilité de microfabrication, ses excellentes propriétés en termes de biocompatibilité ainsi que ses nombreuses possibilités d'intégration (enrichissement, séparation, détection) et le verre plus communément employé pour développer des microsystèmes analytiques et possédant une bonne transparence aux UV. Toutefois, le PDMS présente deux inconvénients majeurs: son absorption élevée et sa perméabilité importante à l'oxygène qui inhibe la polymérisation radicalaire. A l’exception de quelques tentatives, ce matériau n'a jamais été employé avec succès comme support pour la polymérisation d’un monolithe. Afin de pouvoir surmonter ces problèmes, nous avons étudié plusieurs stratégies de traitement de surface du PDMS tels que le traitement par plasma d’oxygène ou encore le revêtement au borosilicate. Enfin, nous avons démontré que notre module d’IMAC fonctionnait correctement dans un microsystème en verre. Ce module miniaturisé devrait à l’avenir s’intégrer dans un microsystème d’analyse dédié au diagnostic de la maladie d'Alzheimer. / Protein phosphorylation is a key regulator of cellular signaling pathways. It is involved in most cellular events and strictly controls biological processes such as proliferation, differentiation and gene expression. An abnormal phosphorylation can be observed in various diseases such as some cancers or neurodegenerative diseases. Therefore, these proteins are potential biomarkers for the development of diagnostic tools. However, phosphoproteins can be present at low abundance in biological samples and selective enrichment techniques have to be developed prior to the analysis process. One of the most common approaches is based on Immobilized metal affinity chromatography (IMAC). The goal of this work was to develop a microsystem which contains a porous polymer monolith (PPM) as a solid phase extraction for a selective preconcentration of phosphopeptides by IMAC. UV-polymerization and characterization (permeability, porosity and specific area) of a monolith based on ethylene glycol methacrylate phosphate in silica capillaries was first performed. Then, we tried to optimize the different IMAC steps (metal immobilization, sample loading, washing and elution). An efficient immobilization of zirconium on the phosphated PPM was demonstrated by EOF measurements in capillary and confirmed by retention of a model phosphopetide. We demonstrated that the phosphated monolith was also a strong cation exchanger of highly basic peptides. Protocols of loading and elution were also studied but need to be further optimized. Transposition of phosphopeptides enrichment by IMAC on a miniaturized system was then considered. We selected two microchip materials: PDMS is an attractive polymer for its low cost, its ease of microfabrication, its excellent working properties (biocompatibility, UV transparent with low autofluorescence) and many integration possibilities (enrichment, separation and detection) and glass microchip more common and having a good UV transparency. However, PDMS presents two major disadvantages: high absorption property, and oxygen permeability which quench free radical polymerization. Except a few attempts, this material has not been employed successfully as mould for monolith polymerization. To overcome these problems, we investigated several strategies for PDMS surface treatments such as plasma treatment and borosilicate coating. Finally, we demonstrated that our IMAC module performed well on glass microchip. This miniaturized module should be integrated in the future into a microsystem dedicated to the diagnosis of Alzheimer disease.

La CSI (Coherence Scanning Interferometry) ou la WLSI (White Light Scanning Interferometry) est une technique d'imagerie optique bien établie pour mesurer la rugosité de surface et la forme des surfaces microscopiques. Les avantages sont la sensibilité axiale nanométrique, un large champ de vision (des centaines de μm à plusieurs mm) et la vitesse de mesure (quelques secondes à quelques minutes). La technique est basée sur l'interférométrie optique avec une configuration de Linnik très difficile à ajuster mais elle présente plusieurs avantages: des objectifs d'ouverture numérique plus élevés pour améliorer la résolution spatiale; longue distance de travail, car il n'y a aucun besoin de l'un des composants devant l'objectif; une configuration de mode de lumière polarisée; franges contrastées en raison de la possibilité de modifier les voies optiques et les intensités des deux bras indépendamment. Alors que l'utilisation d'un objectif d'immersion dans l'eau présente les avantages suivants: éviter les problèmes liés à l'ajustement entre la formation des franges et le plan de formation de l'image; et pour minimiser la différence de dispersion entre les bras de l'interféromètre. Afin de pouvoir mesurer en mode eau et d'obtenir des échantillons à haute résolution latérale de types chimiques et biologiques, plusieurs défis doivent être surmontés tels que l'équilibrage de l'OPD sur les deux bras; trouver et ajuster les bonnes franges de contraste; trouver et adapter une compensation adéquate de l'eau dans le bras de référence horizontal pour faire fonctionner un système dans l'eau. / Coherence Scanning Interferometry (CSI) or White Light Scanning Interferometry (WLSI) is a well-established optical imaging technique for measuring the surface roughness and the shape of microscopic surfaces. The advantages are the nanometric axial sensitivity, a wide field of view (hundreds of μm to several mm) and the measurement speed (a few seconds to a few minutes). The technique is based on optical interferometry with a Linnik configuration which very difficult to adjust but it offers several advantages: higher numerical aperture objectives to improve spatial resolution; long working distance, because there is no need for any of the components in front of the lens; a polarized light mode configuration; contrasting fringes because of the possibility of modifying the optical pathways and the intensities of the two arms independently. While the use of a water-immersion objective gives the following advantages: to avoid the problems related to the adjustment between the formation of the fringes and the plane of formation of the image; and to minimize the difference in dispersion between the arms of the interferometer. In order to be able to measure in water mode and to obtain high lateral resolution samples of chemical and biological types, several challenges must be overcome such as balancing the OPD on both arms; finding and adjusting the good contrast fringes; finding and adapting a suitable water compensation of water in horizontal reference arm to operate a system in water.

L’objectif de cette étude était d’améliorer les performances de séparation OSN de membranes commerciales en vue d’applications en métathèse dans laquelle des catalyseurs hautement dilués sont utilisés. Dans ce travail, des membranes polymères commerciales ont d'abord été étudiée pour caractériser leurs performances dans des milieux organiques en utilisant des mélanges binaires très dilués solute-solvant. Sur la base d'une revue de la littérature, il a été montré que la membrane PERVAP4060, dont le PDMS est la couche active dense était un candidat prometteur pour la nanofiltration milieu organique (OSN). En tant que membrane poreuse, les supports commerciaux AMS et PAN ont également été pris en compte. Dans cette étude, nous avons considéré la modification sur la surface pour conserver les propriétés de matrice polymère. Les multicouches de plasma Ar/O2 et/ou de polyélectrolytes ont été utilisées pour la préparation de membranes prototypes. Les membranes non modifiées et modifiées ont été testées dans des conditions OSN en utilisant des mélanges d'alimentation biniares. Plusieurs solutés très dilués, le ligand organophosphoré R-BINAP, un catalyseur de transfert de phase (ToABR) et des alcanes linéaires ont été étudiés. Le R-BINAP et le ToABR ont tous deux été utilisés dans la plage de 0,0001 à 0,5% en masse et la plupart des expériences ont été réalisées ensuite avec des concentrations de 0,05% en masse de soluté dans le toluène. Il a été montré que le PDMS était capable de retenir 80% de R-BINAP et environ 93% de ToABr dans du toluène. Après modification par les dépôt LBL, le taux de rejet est amélioré avec les membranes modifiées PERVAP4060, conduisant à une rétention de 88% du R-BINAP avec un dépôt de 10 bicouches de polyélectrolytes PAH / PSS en surface, ce taux de rejet pouvant atteindre 95% lorsque le nombre de bicouches est de 20. Le taux de rejet de ToABr augmente à 97%. Les performances de la membrane ont été étudiées sous différentes pressions comprises entre 1 et 40 bars; le haut rejet, encore observé dans ces conditions OSN, plaide résolument en faveur d'un mécanisme de transfert de type solution-diffusion à travers le PDMS. On a également étudié le traitement des mélanges ternaires mimant le mélange catalyseur / solutés / solvant, correspondant à l'hydroformylation ; aucun signe de couplage n’a été détectée et le taux rejet du soluté de masse molaire la plus forte est resté inchangé. D'autre part, l'amélioration du taux de rejet a également observée à partir des membranes poreuses après modification. Le taux de rétention du C44 dans l'AMS a été atteint 75% après modification par 10 bicouches de PDDA / PSS, alors qu’il n'était que de 25% avant modification. Dans le PAN modifié, le taux de rejet des solutés obtenus est dans la plage de 37 à 50%, alors qu’il n'était que de 3 à 7% en masse avant modification. L'inconvénient de la membrane poreuse est toutefois la forte diminution du flux après le dépôt des couches multiples. / The objective of this study was to improve the OSN separation performance of commercial membranes for metathesis applications in which highly diluted catalysts are used. In this work, commercial polymeric membranes were first studied to characterize their performance in organic media using very dilute solute-solvent binary mixtures. Based on a literature review, it was shown that the PERVAP4060 membrane, of which PDMS is the dense active layer, was a promising candidate for organic solvent nanofiltration (OSN). As a porous membrane, the AMS and PAN commercial supports have also been taken into account. In this study, we considered the modification on the surface to improve the separation properties of polymeric OSN membranes. Ar/O2 plasma and/or polyelectrolytes multilayers were used for the preparation of new prototype membranes. Unmodified and modified membranes were tested under OSN conditions using binary feed mixtures. Several highly dilute solutes, organophosphorus ligand R-BINAP, phase transfer catalyst ToABR, and linear alkanes have been studied. Both R-BINAP and ToABR were used in the range of 0.0001 to 0.5% by weight, and most experiments were subsequently performed with 0.05% solute concentrations in toluene. It has been shown that PDMS can retain 80% R-BINAP and about 93% ToABr in toluene. After modification by the LBL deposition, the rejection is improved with the modified PERVAP4060 membranes, leading to an 88% rejection of R-BINAP with a deposit of 10 PAH / PSS polyelectrolyte bilayers at the surface and this rejection being able to reach 95% when the number of bilayers is 20. ToABr rejection increases to 97% with the ten bilayered membranes. The performance of the membrane was studied under different pressures of between 1 and 40 bar; the high rejection, still observed in these OSN conditions, strongly supports a solution-diffusion transfer mechanism through the PDMS. The treatment of ternary mixtures mimicking the catalyst/solute/ solvent mixture corresponding to the hydroformylation has also been studied; no evidence of coupling was detected, and the highest retention remained unchanged. On the other hand, the improvement of the rejection also observed from the porous membranes after modification. The rejection of C44 in the AMS was reached 75% after modification by tention10 bilayers of PDDA / PSS, whereas it was only 25% before modification. In the modified PAN, the rejection of the solutes obtained is in the range of 37 to 50%, whereas it was only 3 to 7% by weight before modification. The disadvantage of the porous membrane, however, is the sharp decrease in flux after the deposition of the multiple layers.

Les dispositifs de stimulation tactile sont des systèmes destinés à fournir un retour sensoriel à leurs utilisateurs. Ils enrichissent les interfaces homme-machine dans les applications de réalité virtuelle ou augmentée. Ce mémoire traite de l’apport des microsystèmes électromécaniques (MEMS) actionnés magnétiquement à la réalisation d’interfaces de stimulation tactile facilement intégrables.Un état de l’art des solutions d’actionnement mises en œuvre dans les dispositifs existants est proposé, ainsi qu'une définition des besoins pour les applications visées. Les solutions retenues sont basées sur l’actionnement magnétostatique.Les premiers prototypes d’interfaces de stimulation tactile se présentent sous la forme d'un réseau de 4x4 actionneurs élastomériques hybrides avec un pas de 2 mm, combinant microfabrication et techniques de fabrication conventionnelles. La conception et l’élaboration de ces micro-actionneurs est présentée en détail. L'actionnement impulsionnel permet d'atteindre des amplitudes de vibration importantes (jusqu'à 200 µm) et des forces élevées (32mN par actionneur). Des tests sensoriels confirment enfin leur efficacité. Des micro-bobines ont aussi été développées afin de répondre aux besoins des micro-actionneurs magnétiques, ainsi qu'au cahier des charges des interfaces de stimulation tactile. Diverses configurations de micro-bobines adaptées à l'actionnement de puissance sont proposées et réalisées par électrodéposition. Des micro-actionneurs basés sur ces bobines intégrées ont alors été réalisés, puis caractérisés. L'utilité des bobines pour les micro-actionneurs de puissance est alors discutée face aux solutions d’actionnement hybride / Tactile display devices are systems bound to provide a tactile feedback to their users. They improve human-machine interfaces in the fields of virtual or augmented reality. This report deals with the contribution of magnetically actuated micro-electro-mechanical systems (MEMS) to the elaboration of easily integrable tactile display devices.A state of the art of actuation techniques used in existing devices is proposed, along with a requirements analysis for tactile applications. Magnetostatic actuation was considered for these needs.First tactile display device prototypes are designed as a network of 4x4 hybrid elastomeric micro-actuators with a 2 mm pitch, and combined microfabrication and conventional fabrication techniques.The conception and elaboration of these micro-actuators is detailed. High vibration amplitudes can be reached using pulse actuation (up to 200 µm), with instantaneous forces of 32 mN per actuator. Sensitive tests were also achieved in order to confirm their efficiency.Micro-coils were also developed in order to fulfill the magnetic micro-actuators needs, and meet the requirements for tactile display devices. Various micro-coil configurations suitable for power actuation are proposed and elaborated by electrodeposition. Micro-actuators based on elastomeric membranes were fabricated and characterized. The contribution of these micro-coils for micro-actuation is discussed face with hybrid approaches

Il y a à l’heure actuelle un grand besoin d’antennes reconfigurables dans la bande des 60 GHz pour des applications de télédétection et de télécommunication sans fil. Les solutions traditionnelles de reconfiguration sont basées sur des semi-conducteurs ou des composants RF-MEMS conventionnels dont le coût, la complexité et les pertes croissent avec la fréquence.Dans cette thèse une approche originale a été développée : elle est basée sur la reconfiguration mécanique d’antennes et de dispositifs sur substrat élastomère souple PDMS et l’utilisation d’actionneurs MEMS grand déplacement.L’histoire et le contexte de la télécommunication sont abordés pour faire comprendre l’intérêt récent pour la communication à 60 GHz ainsi que la nécessité de la reconfiguration et l’avantage de la reconfiguration mécanique à cette fréquence. Le PDMS, polymère ultra-souple de choix est ensuite étudié en détail. Il est caractérisé mécaniquement et diélectriquement. Sont ensuite présenté les applications développées par cette approche : des antennes accordables en fréquence ainsi que des dispositifs permettant un balayage de l’espace. Différents mode d’actionnement (pneumatique, magnétique, interaction électro-fluidique) sont explorés. / There is an increasing need for tunable antennas in the 60 GHz band for remote sensing application and wireless communication. Traditional tuning solutions are based on semiconductor or conventional RF-MEMS but these component face cost, complexity and losses issues at millimeter waves. In this thesis, an original approach was developed: it is based on the mechanical reconfiguration of millimeter wave microstrip antennas and devices printed on ultrasoft elastomeric PDMS substrate, thanks to large displacement MEMS actuators.First, a quick history and context on the telecommunication explain the recent interest toward the 60 GHz band for telecommunication and the need for tenability and advantage of mechanical tenability at this frequencies. The ultrasoft polymeric PDMS is then studied. It is caracterised both mechanically and dielectrially. Then the different applications developed during this thesis are presented: frequency tunable antenna and beam steering systems. Different actuation solution (pneumatic, magnetic, electro-fluidic interaction) are explored.

L’adhérence et le frottement existent dans de nombreux systèmes techniques ainsi que dans les systèmes naturels. Ces deux phénomènes ont une influence importante sur la durabilité et l’efficacité des dispositifs techniques. Une approche reconnue pour ajuster précisément ces caractéristiques - outre le fait de modifier les propriétés physico-chimiques - est la texturation des surfaces en contact. Les surfaces de feuilles de plantes sont souvent décorées avec des morphologies de surface diverses, et présentent ainsi des fonctionnalités de surface remarquables. Cette thèse visait à réaliser une étude systématique de la mécanique de l’adhérence et du frottement sur des surfaces micro-structurées, répliquées à partir de surfaces de feuilles végétales, en contact avec une sonde qui s’inspire de l’organe adhérent d’un insecte. Les morphologies de surface de trois feuilles végétales différentes ont été directement transférées sur un polymère viscoélastique. Pour ce faire, trois approches différentes de reproduction ont fait l’objet d’une étude approfondie. La microscopie électronique à balayage et la microscopie confocale à balayage laser ont été utilisées pour l'évaluation qualitative et quantitative de la qualité de reproduction. Concernant l’étude de la mécanique du contact, un nano-indenteur a été modifié, permettant d’enregistrer les images in situ des contacts réels. Des tests de pull-off ont été menés afin d’évaluer quantitativement l’effet de la pré-charge sur la force d’adhésion et pour comprendre les modes distincts de collage/décollement. Des essais de frottement ont été effectués afin d’examiner l’effet de la charge normale et de la vitesse de glissement sur la force de frottement. Les résultats ont été discutés en fonction de la topographie de chaque surface. / Adhesion and friction exist in many technical systems as well as in natural ones. Both phenomena have a profound influence on the durability and efficiency of technical systems. A well-recognised way to tune these characteristics - besides altering the physicochemical properties - is the texturing of the interacting surfaces. Inspiringly, plant leaf surfaces are often decorated with diverse surface morphologies, and so show remarkable functionalities. This thesis aimed to perform a systematic investigation of adhesion and friction mechanics on micro-structured surfaces replicated from plant leaves, in contact with a probe, which was inspired from an insect’s adhesive pad. Surface morphologies of three different plant leaves were directly transferred onto a viscoelastic polymer. For this, three different replication approaches were comprehensively explored. Scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy were used for the qualitative and quantitative evaluation of replication ability. For the contact mechanics investigation, a high-resolution nanoindenter was modified, with incorporating a unique feature to record the in-situ real-contact images. Pull-off tests were carried out to quantitatively evaluate the effect of pre-load on adhesion force characteristics and to understand distinct attachment-detachment modes. Friction investigations were performed to examine the effect of normal load and sliding speed on the friction force. Results were discussed with regard to each surface’s topography.

La complexité et le coût croissant des processus nécessaires pour fabriquer des processeurs de plus en plus puissants de l'industrie microélectronique conduit à des structures de plus en plus petites. La photolithographie, technologie clé pour la nanostructuration, atteint aujourd'hui ses limites en termes de résolution. Des méthodes alternatives doivent donc être trouvées afin de continuer à produire des transistors plus efficaces, tout en gardant les coûts de production à un niveau raisonnable. La combinaison de la photolithographie classique et de l'auto-assemblage de copolymères à blocs (CPB) semble être une alternative prometteuse. Les copolymères à blocs ont la propriété de créer une séparation de phases à l'échelle du nanomètre grâce à l'incompatibilité chimique (décrite par le paramètre d'interaction chi) des blocs. De cette façon, lorsque cette séparation de phase est formée à la surface d’un substrat, des structures telles que des sphères, des cylindres ou des lamelles peuvent être obtenues et utilisées comme masques de gravure pour la nanostructuration. Le CPB le plus utilisé est le Polystyrène-Polyméthacrylate de méthyle (PS-PMMA), qui a été étudié pendant plus de 20 ans. Le PS-PMMA est un CPB de faible chi et ne peut pas atteindre des tailles de structure inférieure à 10nm. Plus l'incompatibilité des blocs (c’est-à-dire le chi) est importante, plus la taille des structures possibles est petite. Cette thèse traite principalement le système Polystyrène-Polydiméthylsiloxane (PS-PDMS), un CPB de haute valeur de chi, et évalue son éventuelle intégration dans l'industrie de la microélectronique. Des procédés ont été développés et optimisés en vue de leur utilisation future dans l'industrie. Un procédé de recuit commun pour les "high-chi" est le recuit sous vapeur de solvant (RVS), où la couche de CPB est exposée aux vapeurs de solvants. Les molécules de solvant gonflent le CPB et augment ainsi la mobilité des chaînes de polymère, permettant l’organisation des structures à grande échelle. Bien que ce procédé soit largement utilisé, il n'a jamais été rapporté sur des lignes de production à grande échelle. Le RVS est un processus très complexe qui est sensible à l'environnement et utilise souvent des solvants toxiques. Au cours de cette thèse, des mécanismes de RVS sont étudiés et des solvants non-toxiques qui sont compatibles avec l'environnement industriel sont proposés comme alternative. Une autre solution pour le recuit de CPBs "high-chi" sans solvant est également proposée. En formulant la solution de CPB avec des molécules de plastifiant, un auto-assemblage rapide avec un simple recuit thermique est possible. La faisabilité de ce processus a été démontrée sur des tranches de silicium de 300mm de diamètre. Le transfert des motifs par gravure est une étape importante et problématique en nanofabrication. Plus les tailles sont réduites, plus le facteur d'aspect est haut et le processus de gravure difficile. Des procédés de gravure par plasma différents, tous généralement utilisés dans les procédés de gravure industrielle, sont étudiés sur le matériau PS-PDMS. Des nanostructures de silicium de 10nm de large et des structures avec un rapport d'aspect de 6:1 ont été gravées avec succès. Enfin, un processus d’inclusion d’oxydes métalliques par simple dépôt par centrifugation a été démontré sur le polymère PS-PMMA. Ce BCP a l'avantage d’être un système bien connu grâce aux nombreux groupes de recherche qui s’y intéresse. Cependant, ses performances en gravure pour le transfert des motifs est peu satisfaisant à cause de la faible sélectivité entre les blocs PS et PMMA. Des procédés de gravure compliqués en plusieurs étapes doivent être effectués afin de transférer les motifs de manière satisfaisante. En introduisant des sels métalliques de manière sélective dans l'un des blocs, le contraste de gravure est considérablement augmenté et le transfert du motif peut être obtenu en une seule étape de gravure plasma. / The increasing cost and complexity of processes needed to keep up with the ever increasing demand for more powerful processors in the IC industry, lead to smaller and smaller feature sizes. Photolithography, once the workhorse for nanostructuration, reaches now its physical limits in terms of resolution. Other, alternative methods have thus to be found in order to continue producing more efficient integrated circuits, while keeping the production costs at a reasonable level. The combination of conventional photolithography and directed self-assembly of block copolymers (BCP) seems to be one promising alternative. Block copolymers have the unique property to phase separate at the nanometer scale driven by the chemical incompatibility (described by the Flory-Huggins interaction parameter chi) of the blocks. This way, when brought onto a substrate, structures like spheres, cylinders or lamellar can be obtained and used as etching masks for nanostructuration. Probably the most used BCP is Polystyrene-b-Polymethylmethacrylate (PS-b-PMMA), which has been studied for over 20 years. PS-b-PMMA is a so called “low-chi” BCP and can reach feature sizes not smaller than 10 nm. The higher the incompatibility of the blocks (i.e. the higher the chi-value), the smaller the obtainable feature size. This thesis deals primarily with “high-chi” Polystyrene-b-Polydimethylsiloxane (PS-b-PDMS) block copolymers and evaluates its possible integration into IC industry. Processes are developed and optimized in view of their future application in industry. A common annealing method for “high-χ” block copolymers is solvent vapor annealing (SVA), where the BCP layer is exposed to solvent vapors. Solvent molecules swell then the BCP layer, increasing the mobility of polymer chains and allowing long range ordering of the features. Although this method is widely used, it has never been reported on large scale production lines, for example on 300 mm wafers. The SVA is a very complex process that is sensitive to the environment and uses often toxic solvents. During this thesis, mechanisms of solvent vapor annealing are studied and safe solvents that are compatible with industrial environment are studied. Furthermore alternative solutions for annealing high-chi BCPs without solvents are proposed. Blending the BCP with plasticizer molecules, for example, leads to rapid self-assembly with thermal annealing and the feasibility of this process was shown on 300 mm wafers.Pattern transfer etching is a problematic step in IC nanostructuring. The smaller the features, the higher the aspect ratio, the more challenging the etching process. Different plasma etching procedures, all typically used in industrial gate etching processes, are studied on PS-b-PDMS. Challenging silicon features of down to 10 nm and aspect ratios of up to 6:1 are obtained.Finally, a simple spin-coating process of metal-oxide inclusion on widespread PS-b-PMMA is introduced in which etch selectivity of the BCP is highly increased. PS-b-PMMA has the advantage of being studied by numerous research groups and the understanding of the BCP is very advanced. However, its etching quality for pattern transfer are very poor as to the poor etch selectivity between PS and PMMA. Complicated multiple-step etching processes, where wet etching and dry etching are alternated have to be performed in order to transfer the patterns satisfactorily. By introducing metal salts selectively in one of the blocks, the etch contrast is considerably enhanced and the pattern transfer can be obtained in one single step of dry etching.

Bakgrund: PDMS, Patient Data Management System, är ett kliniskt informationssystem som är speciellt utvecklat för intensivvård som genererar stora mängder patientdata. Systemet samlar automatiskt in patientdata från övervakning och medicinskteknisk apparatur och presenterar informationen på ett överskådligt sätt. Tidigare forskning belyser framförallt användbarheten, den minskade dokumentationstiden samt fördelar med läkemedelshanteringen men visar motsägelsefulla resultat vad gäller vad den frigjorda tiden används till. Syfte: att belysa intensivvårdssjuksköterskors erfarenhet av att använda PDMS i vårdarbetet. Metod: kvalitativ intervjustudie med intensivvårdssjuksköterskor som analyserats med hjälp av en kvalitativ innehållsanalys. Resultat: i resultatet framträder fem kategorier; patientnära vårdande, evidensbaserad vård, olika former av kvalitetsutveckling, säker vård och informatik. Dessa kategorier återger intensivvårdssjuksköterskornas erfarenheter av att arbeta med PDMS och resultatet visar tydligt att PDMS ökar patientsäkerheten på flera sätt. Konklusion: Ökad vårdkvalitet, minskad dokumentationstid, mer lättförståeligt kontinuerligt lärande för personalen, möjlighet till uppföljning och forskning samt säkrare läkemedelshantering anses vara de största vinsterna med PDMS. Sammantaget bidrar samtliga faktorer till en ökad patientsäkerhet. / Background: PDMS, Patient Data Management System, is a clinical information system specially developed for intensive care which generates a large amount of patient data. The system automatically collects patient data from monitoring and medical equipment and presents the information in a clear overall view. Previous research highlights especially usability of the system, reduced time spent on documentation and benefits with handling medications but shows contradictory results in terms of what the released time is used for. Aim: to highlight intensive care nurses experiences of using PDMS in nursing. Method: qualitative interview-study with intensive care nurses which was analyzed with qualitative content analysis. Results: five categories came forward in the result; close-to-patient care, evidece-based care, different forms of quality developement, safe care and informatics. These categories reflects the experiences of working with PDMS among intensive care nurses and the results clearly demonstrate that PDMS increases patient safety for several reasons. Conclusion: increased quality of care, reduced documentation time, more easy-to-understand continuous learning for the staff, opportunity to follow-up and posibility for reasearch and safer handling with medications are considered the biggest gains with PDMS. Overall, all factors contribute to increased patient safety.

Les travaux de thèse portent sur le développement de méthodologies d'élaboration de dispositifs à base de polymères PDMS, destinés à des applications médicales. Ce travail s'appuie sur deux volets applicatifs : le développement de matrices de micro-capteurs capacitifs souples portables destinées à la mesure de champs de pression dans un contexte de suivi d'appuis du corps humain, et le développement d'une technique de collage réversible de composants PDMS dans une application de laboratoire sur puce en micro-fluidique. Dans ces travaux, les propriétés mécaniques du PDMS sont déterminées expérimentalement et à l'aide de modélisations numériques, afin d'identifier les éléments essentiels du dimensionnement des micro-capteurs capacitifs. Différents types de micro-capteurs de pression souples sont réalisés par un procédé de microfabrication à transfert de films. Ce procédé est optimisé à chacune de ses étapes afin d'obtenir un procédé fiable et reproductible. Les caractérisations électromécaniques montrent que les capteurs fabriqués sont opérationnels et adaptés aux applications médicales visées. Les capteurs de pression normale ont une variation de capacité de 3 à 17 % à 10 N - 300 kPa, adaptée à une application dentaire. Les capteurs à trois axes de sensibilité ont une résolution spatiale de 25 mm2, et une sensibilité de 4 % à 3 N en compression et 1,4 % par Newton en cisaillement pur, et sont adaptés à une application de mesure de la pression plantaire destinée à l'analyse de la marche et la détection des hyper-appuis. Par ailleurs, deux méthodes différentes permettant le collage réversible de composants PDMS sont développées. Les dispositifs microfluidiques fabriqués avec ces méthodes peuvent être utilisés avec jusqu'à 5 cycles de collage/décollage, et travailler à débit élevé (500 µL/min, correspondant à une pression de 148 kPa). Les méthodologies développées dans ces travaux ouvrent la voie à l'élaboration de dispositifs à base de PDMS performants et optimisés pour répondre à des cahiers des charges exigeants pour des applications biomédicales ciblées. / This thesis focuses on the development of methodologies dedicated to the development of PDMS-based devices, which are required in medical applications. Two objective applications are considered in this work: i) the development of wearable flexible micro-sensors arrays for measuring pressure fields on human body and ii) the development of a reversible bonding technique of PDMS components dedicated to microfluidic chips. In this work, the mechanical properties of PDMS are determined using experiments and computations; they allow identifying the essential elements of the design of capacitive micro-sensors. The manufacturing process is reliable and reproducible, and different types of flexible pressure sensor have been fabricated by a film transfer process. Electromechanical characterizations show that the fabricated sensors are fully operational and suitable for the intended applications. Normal pressure sensors have a capacitance change ranging from 3 to 17% under a 10 N - 300 kPa - load, which is suitable for dental applications. Fabricated triaxial sensor arrays have a spatial resolution of 25 mm2, and a sensitivity of 4% under 3 N load in compression, and 1.4% / N under shear. These features are suitable for plantar pressure measurements required in gait analyses or for the detection of over-pressures. Besides, two different process methods for the reversible bonding of PDMS devices are developed. The microfluidic devices fabrcitated with these methods can be used within up to 5 “bonding & peeling off” cycles, and can be working at high microfluidic flows (500 µL / min, corresponding to a pressure of 148 kPa). The methodologies developed in these works open the way to the design and fabrication of PDMS-based devices suitable for demanding biomedical applications.