Thèse Année : 2018

Optoelectronic system on chip for high flow diagnostics of biological interactions

Système Optoélectronique sur puce pour le diagnostic à haut débit desinteractions biologiques

Résumé

The ageing of the population and the evolution of infectious diseases, in particular the Coronavirus (COVID-19), highlight the urgent need to develop innovative medical devices allowing advanced diagnosis at the point of care or residence, as well as preventive approaches. In this context, Point of Care Tests (POCT) or Rapid Diagnostic Tests (RDT) are essential tools for the immediate administration of treatment for severe cases, as well as for the rapid implementation of preventive measures to interrupt and stop the spread of the infectious disease. The aim of this thesis is to design a lab-on-a-chip for the diagnosis of biological interactions. The measurement method used is an optical method and relies on the ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) format to detect proteins or biological agents are not compatible with the design of compact and low-cost systems, and may generate measurement uncertainties. The lab-on-a-chip is an integrated circuit that has been designed using X-FAB's XH018 technology. The IC contains a 32x32 pixel array with all readout and control electronics. This size is used as a demonstration, we can enlarge the size. The optical sensor used is a Buried Double Junction (BDJ) photodiode. This allows us to have two spectral responses. The pixel contains a BDJ and readout electronics based on a low noise APS (Active Pixel Sensor) architecture. A row and column control electronics has been designed to have multiple readout modes. A full matrix read mode, an address mode to read a specific pixel and a hybrid mode to read a single column. The layout was designed and post-layout simulations were performed to validate the design. Finally we sent our circuit to manufacturing.

Le vieillissement de la population et l'évolution des maladies infectieuses, notamment le Coronavirus (COVID-19), mettent en évidence l'urgence de développer des dispositifs médicaux innovants permettant un diagnostic avancé sur le lieu de soins ou de résidence, ainsi que des approches préventives. Dans ce contexte, les tests au point de service (Point of Care Test - POCT) ou les tests de diagnostic rapide (Rapid Diagnostic Test - RDT) sont des outils essentiels pour l'administration immédiate d'un traitement pour les cas graves, ainsi que pour la mise en place rapide de mesures préventives visant à interrompre et à arrêter la propagation de la maladie infectieuse. Le but de cette thèse est de concevoir un laboratoire sur puce pour le diagnostic des interactions biologiques. La méthode mesure utilisée est une méthode optique et elle repose sur le format ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) pour détecter des protéines ou des agents biologiques ne sont pas compatibles avec la conception de systèmes compacts et à faible coût, et peuvent générer des incertitudes faussant les mesures. Le laboratoire sur puce est un circuit intégré qui ont été conçus sous la technologie XH018 de la fonderie X-FAB. Le circuit intégré contient une matrice de 32x32 pixels avec toute l’électronique de lecture et de commande. Cette taille est utilisée à titre démonstratif, nous pouvons agrandir la taille. Le capteur optique utilisé est une double photodiode à jonction entrée BDJ (Buried Double Junction). Cette dernière nous permet d’avoir deux réponses spectrales. Le pixel contient un BDJ et une électronique de lecture passé sur une architecture du pixel active APS (Active Pixel Sensor) à bas bruit. Une électronique de commande ligne et colonne a été conçu pour avoir plusieurs modes de lecture. Un mode de lecture de toute la matrice, un mode d’adressage pour lire un pixel précis et un mode hybride pour lire qu’une seule colonne. Le layout a été réalisé et des simulations post-layout ont été effectué pour valider le design. Enfin nous avons envoyé notre circuit en fabrication.

Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04562645 , version 1 (29-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04562645 , version 1

Citer

Oussama Moudda Azzem. Système Optoélectronique sur puce pour le diagnostic à haut débit desinteractions biologiques. Sciences de l'ingénieur [physics]. Sorbonne université (Paris ; 2018-..), 2018. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04562645⟩
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