Soutenance de thèse de Ka Wai Carol CHAN

Le besoin croissant pour le secteur de la santé de biocapteurs compacts, flexibles, ultrafins, ultrasensibles et implantables a ouvert la voie à des solutions innovantes faisant appels à de nouvelles technologies pour différents types d’analyse médicale. Par conséquent, ces dispositifs médicaux doivent être conformables, biocompatibles, et être insérés sans traumatisme dans le corps du patient. La première partie de cette thèse consiste à concevoir et à réaliser des capteurs thermiques biocompatibles, ultra-minces, miniatures, sur substrat flexible pour des applications biomédicales et en particulier pour capturer des informations relatives à l'épilepsie. Les prototypes de capteurs thermiques ont été fabriqués sur un substrat souple avec un polymère à très faible cout et ils sont ultrasensibles aux variations de température. Les procédés de photolithographie UV, de dépôt par évaporation de métal, de revêtement par centrifugation et de gravure ionique réactive (RIE) ont été utilisés pour obtenir ces bio-dispositifs à l'échelle de quelques micromètres. Les données recueillies initialement par les premiers capteurs implantés in vivo, n’ont pas donnés des résultats probants pendant les crises d’épileptiques. La deuxième partie de ce travail a été effectuée à partir de tests in vitro réalisés dans les salles blanches de l'École des Mines de Saint-Étienne à Gardanne ainsi que dans les laboratoires de la société Isorg et cela en raison du respect du pacte expérimental sur les animaux. Après quelques itérations sur le design et l’architecture du capteur, de nouveaux échantillons ont été fabriqués. Lors des essais ces capteurs ont montrés leurs capacités à détecter le rythme cardiaque, ainsi que le rythme respiratoire et les pulsations cardiaque au niveau du poignet. La caractérisation de ces capteurs a permis d’évaluer leur sensibilité ainsi que leur linéarité. La dernière partie de ce travail fut de trouver des solutions industrielles pour la fabrication en série de ce type de composants. Bien que les technologies de l'électronique imprimée sont des procédés industriels des plus prometteurs permettant la fabrication de capteurs en grand volume et à faible coût, les machines d'impression existantes utilisées dans cette industrie sont limites dans les résolutions nécessaires pour ce type de capteurs. Les équipements de photolithographie de grande surface semble être la solution adéquate pour réaliser ces composants micrométriques en prenant en compte l’équation coût-volume.

The growing need for compact, flexible, super thin, ultrasensitive and implantable biosensors in the healthcare sectors has led a rise to innovative high-tech solutions for various medical use. These medical devices must be conformable, highly stable and can be inserted into the patient's body without harm. The initial part of this thesis is to design and to attain an ultra-thin, miniature, excellent responsive bio-compatible thermal sensors on the flexible substrate for biomedical applications and in particular to capture information related to epilepsy. The prototype thermal sensors were fabricated on a good biocompatibility soft substrate with low cost ultra-thermal sensitive polymer as a thermally active material. The UV photolithography, metal evaporation deposition, spin coating, and reactive ion etching (RIE) processes were used to obtain the micro-scale bio-devices. The data initially collected by the first sensors implanted in vivo, did not give convincing results during epileptic seizures. Hence, the second part of this work was carried out using in vitro tests performed at the cleanroom of 'École des Mines de Saint-Étienne' as well as in the laboratories of Isorg so as to abide by the animal experimental pact. After a few iterations on the design and architecture of the sensor, new samples were made. During the tests, these sensors showed their ability to detect the heart rate, as well as the breath rate and pulse in vitro experiments. The characterization of these sensors made it possible to evaluate their sensitivity as well as their linearity. The final part of this work covers the research in technology transfer towards industrial fabrication. Although printed electronics technology is one of the most promising industrial processes to produce a massive quantity low-cost sensors, the existing printing machines used in this industry are limited in the resolutions required for this type of sensor. Hence, large-area photolithography equipment seems to be the appropriate solution to achieve these micrometric components taking into account the cost-volume equation.