Le fil rouge guidant nos travaux de recherche correspond à la convergence des techniques hyperfréquences, des micro- et nano-technologies et plus récemment de la fluidique, amenant le développement de microsystèmes hyperfréquences innovants pour des applications en télécommunication et en biologie. Nous retraçons, au travers de notre habilitation à diriger des recherches, nos travaux sur les approches multidisciplinaires permettant le développement de microsystèmes hyperfréquences communicants pour lesquels notre leitmotiv fut de tirer au mieux partie des potentialités des micro et nano-technologies. Des composants et circuits RF-MEMS (RadioFrequency MicroElectroMechanical Systems), à l'intégration des nanotechnologies au sein de microsystèmes hyperfréquences, à la miniaturisation de fonctions passives ainsi qu'à leur co-intégration avec des circuits actifs au sein de microsystèmes. Nous présentons de plus notre projet de recherche visant à explorer l'alliance des microsystèmes hyperfréquences avec d'autres disciplines telles que la fluidique et la biologie pour de nouvelles fonctionnalités et applications. Nous tenterons de répondre aux questions scientifiques : "comment les microsystèmes hyperfréquences peuvent aller au delà des fonctionnalités et applications traditionnelles, quelles sont les opportunités ainsi ouvertes ?"

Dans l'avenir, le développement de nouvelles plateformes autonomes et portatives capables de mesurer rapidement le module de Young de cellules biologiques pourraient révolutionner la recherche biomédicale. Le module de Young se révèle en effet aujourd'hui être un indicateur de plus en plus pertinent pour la détection précoce de diverses maladies dégénératives cellulaires. La mesure du module de Young à l'échelle cellulaire peut de plus permettre d'apprécier l'action de principes actifs pour le développement de nouveaux traitements médicamenteux ciblés. Cependant, la valeur du module de Young ne peut encore à l'heure actuelle être utilisée comme un indicateur fiable. Cette thèse présente la conception, la modélisation et la validation expérimentale d'un nouveau capteur de force visant à pallier certaines limitations actuellement rencontrées. Contrairement à la plupart des dispositifs développés jusqu'à présent, le capteur de force présenté dans cette thèse consiste en une structure planaire résonante offrant un coefficient de qualité élevé. La structure a été pensée non seulement pour conserver des performances élevées même en présence de liquide, mais également pour caractériser différents types de cellules (cellules en suspension ou cellules adhérentes). De plus, les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse démontrent que la structure proposée permet d'estimer rapidement le module de Young de cellules sans avoir nécessairement recours à un modèle analytique ou à un microscope.

Increasing useof nanomaterials in consumer products and biomedical applications creates the possibilities of intentional/unintentional exposure to humans and the environment. Beyond the physiological limit, the nanomaterialexposure to humans can induce toxicity. It is difficult to define toxicity of nanoparticles on humans as it varies by nanomaterialcomposition, size, surface properties and the target organ/cell line. Traditional tests for nanomaterialtoxicity assessment are mostly based on bulk-colorimetric assays. In many studies, nanomaterials have found to interfere with assay-dye to produce false results and usually require several hours or days to collect results. Therefore, there is a clear need for alternative tools that can provide accurate, rapid, and sensitive measure of initial nanomaterialscreening. Recent advancement in single cell studies has suggested discovering cell properties not found earlier in traditional bulk assays. A complex phenomenon, like nanotoxicity, may become clearer when studied at the single cell level, including with small colonies of cells. Advances in lab-on-a-chip techniques have played a significant role in drug discoveries and biosensor applications, however, rarely explored for nanomaterialtoxicity assessment. We presented such cell-integrated chip-based approach that provided quantitative and rapid response of cellhealth, through electrochemical measurements. Moreover, the novel design of the device presented in this study was capable of capturing and analyzing the cells at a single cell and small cell-population level. We examined the change in exocytosis (i.e. neurotransmitterrelease) properties of a single PC12 cell, when exposed to CuOand TiO2 nanoparticles. We found both nanomaterials to interfere with the cell exocytosis function. We also studied the whole-cell response of a single-cell and a small cell-population simultaneously in real-time for the first time. The presented study can be a reference to the future research in the direction of nanotoxicity assessment to develop miniature, simple, and cost-effective tool for fast, quantitative measurements at high throughput level. The designed lab-on-a-chip device and measurement techniques utilized in the present work can be applied for the assessment of othernanoparticles' toxicity, as well.