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Conception et réalisation d’une matrice de microéjecteur thermique adressable individuellement pour la fonctionnalisation de biopuce

Jugieu, David (2005) Conception et réalisation d’une matrice de microéjecteur thermique adressable individuellement pour la fonctionnalisation de biopuce. (Conception and realisation of a thermal microejector array individually addressed for the functionalization of a biochip.)

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Abstract

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un microsystème d'éjection matriciel monolithique pour la fonctionnalisation in-situ des puces à ADN. L'objectif est de développer un système flexible, peu onéreux et performant, permettant le dépôt localisé de micro-gouttes de réactifs (nucléotides en solution dans l'acétonitrile) afin de synthétiser les séquences d'oligonucléotides in-situ. Les avantages d'un tel système sont le faible coût de l'équipement, une grande fléxibilité dans le choix des séquences synthétisées et la possibilité de réaliser des puces à forte densité d'unités d'hybridation. L'éjection par actionnement thermique a été retenue. Le principe s'inspire du jet d'encre thermique mais l’originalité vient du fait que les éjecteurs sont disposés de façons matricielle avec une très grande densité et sont actionnables individuellement. La structure retenue intègre une résistance chauffante sur une membrane diélectrique et une buse d'éjection réalisée en résine photosensible Su8. Ces caractéristiques permettent d'atteindre localement des températures suffisamment élevées pour provoquer une ébullition localisée autour de la buse déjection. Un procédé technologique original a été mis au point pour intégrer le dispositif d’adressage à cette résistance. Il s’agit de diodes réalisées dans la résistance en polysilicium. Ces diodes sont obtenues par diffusion et implantation de zones N et P. La tension de seuil et le courant de fuite de ces diodes ont été paramétrés en fonction des dopages mis en oeuvre de façon à ce que seul le micro-éjecteur actionné ne chauffe. Les matrices réalisées ont été caractérisées électriquement et thermiquement ; il a été ainsi montré que l’adressage est opérationnel, la puissance thermique offerte est suffisante pour l’éjection. Il a été montré que des gouttelettes de 0,1pl à 3nl pouvaient être éjectées lorsque la tension d'alimentation varie entre 25V et 5V et l'impulsion électrique d'alimentation entre 50µs et 50ms. ABSTRACT : This thesis subject will be the design and production of a monolithic ejector array MEMS for the DNA chip in situ synthesis. The aim is to develop cheap, efficient and flexible systems, which allow localized deposit of reactive micro-drop ( nucleic acid in solution with acetonitrile) in order to synthesize the oligonucleotic sequences in situ. The advantages of such systems are a cheaper equipment, a larger flexibilty in the choice of synthesized sequences and the possibility of producing some chip with a high density of hybridization units. We select a thermal driver ejection. The principle is based on a thermal ink-jet but the originality comes from the ejectors which are located in an array with a large density and are individually driven. The selected structure integrates a heater resistor on a dielectric membrane and a Su8 photopolymerized nozzle. These specificities allow to localy reach temperatures which are high enough to generate the nucleation around the nozzle. An original technological process was made up to integrate the adressing device on this resistor: the diodes made in the polysilicon resistor. These diodes are obtained by diffusion and implantation of N and P zones. The threshold tension and the current leak of diodes were etablished according to the dopings used in order that only the selected microejector would heat. The achieved array was electrically and thermaly tested; it was found that the adressage system is active, the thermal power proposed is sufficient for the ejection. It was proved that some droplets (0,1pL to 3nL) can be ejected when the driver tension is of 25V and 5V and the electrical pulse of 50µs and 50ms.

Department:Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - LAAS (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Gué, Anne-Marie
Uncontrolled Keywords:Microsystème - Microéjecteur - Puce ADN - Adressage matriciel - Diode - Membrane diélectrique. KEYWORDS : MEMS - DNA chip - Ejector - Array adressed - Diodes - Dielectric membrane.
Subjects:Electrical engineering
Deposited On:23 November 2005

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