Biomedical devices developed for detection, sorting and in vitro culture of cells are important tools in both clinical diagnostics and fundamental research. Recently, with the advances in miniaturization, Lab-on-Chip (LOC) devices have started to play an important role in detection and enrichment of rare cells. Since they do not alter the properties of target cells, label-free methods are a suitable option for cell separation. This dissertation focused on two main label-free approaches, namely adhesion-based and size-based and several novel microchips were introduced for separation of target cells using both size-based and adhesion-based approaches. The first device a multilayered, fully thermoplastic-based microfluidic chip was designed and fabricated for highthroughput size-based separation of micro/nano particles and cells. Highthroughput (100 µl/min) separation of micro/nano particles and rare primary cells, with greater than 95% separation efficiency, was successfully demonstrated (Chapters 4 and 5). The second series of microchips were based on adhesionbased separation;​ multiplex covalently attached microarrays and gradients of biomolecules were produced and embedded inside a single microfluidic chip (chapters 7 and 8). The developed bio-functional interfaces were embedded in a multi-purpose adhesion-based microchip to simultaneously capture, separate, pattern and culture primary and rare cells in vitro. Using this chip, oligodendrocyte progenitor cells and cardiomyocytes were successfully separated from rat brain and heart tissues, respectively with greater than 95% separation efficiency in 10min (Chapter 9). Separation of two dissimilar primary cells, in terms of biological properties and initial population, demonstrated the universality of the developed chip towards efficient cell separation. More importantly separated cells can be cultured on the same chip for different subsequent applications such as proliferation for cell therapy or drug testing.

Les dispositifs biomédicaux développés pour la détection, le triage et la culture cellulaire sont des outils importants en diagnostic clinique et en recherche fondamentale. Récemment, avec les progrès dans le domaine de la miniaturisation et les microfluidiques, les ‘laboratoires-sur-puces’ (LOC) ont commencé à jouer un rôle significatif dans la détection et l'enrichissement des différents types de cellules. Parmi les multitudes LOC développés pour ces applications, ceux n’impliquant pas de marquage représentent une option attrayante, car ils ne modifient pas les propriétés des cellules ciblées par le triage. Séparation à base d'adhérence cellulaire ou en utilisant la différence entre la taille physique des cellules sont les deux approches principales qui ne nécessitent pas de prétraitement des cellules et leur marquage. Dans cette thèse, des micropuces proposées emploient des méthodes sans marquage préalable des cellules ciblées tout en exploitent, soit leurs propriétés d’adhésion et leur affinité pour la biointerface, soit leur différence de taille par rapport la taille des autres cellules dans le mélange initial. En ce qui concerne la première micropuce, nous avons développé un dispositif microfluidique original et multicouche à base de thermoplastique pour la séparation de micro/nanoparticules et de cellules de tailles différentes. Une efficacité de séparation supérieure à 95% a pu être réalisée à haut débit (150 µl/min), Quant à la séparation basée sur l'adhérence, tout d’abord, nous avons introduit des LOCs pour produire des gradients de concentration de biomolécules dans un seul canal microfluidique. Dans un deuxième temps, ce concept a été utilisé pour fabriquer une puce multifonctionnelle sur laquelle, il était possible de simultanément capturer, séparer des cellules rares de source primaire, paver la surface avec des motifs des cellules et les cultiver sur la même puce. En utilisant cette puce, des cellules progénitrices d'oligodendrocytes (OPC) et des cardiomyocytes provenant respectivement du cerveau et du cœur du rat, ont pu être séparés en 10 min avec une efficacité de séparation supérieure à 95% des autres cellules dans le mélange tissulaire. La séparation de ces deux types de cellules primaires démontre l’efficacité et l’universalité de cette puce multifonctionnelle pour la séparation d'une gamme de mélanges cellulaires avec différentes concentrations initiales des cellules ciblées par le triage.