L’IPGG offre des financements doctoraux ou postdoctoraux pour des projets où la microfluidique joue un rôle central au sein des équipes de recherche membres de l'IPGG.
La période actuelle est confrontée à des défis considérables pour la société, notamment dans les domaines de la santé, de l’énergie ou encore de l’environnement. L’innovation dans ces domaines nécessite des avancées scientifique et technologiques majeures.
L'Institut Pierre-Gilles de Gennes est en mesure de relever ce défi ambitieux. Son domaine de prédilection, la micro- et la nano-fluidique, est au cœur du progrès scientifique pour relever ces défis. L’Institut implique des équipes ayant une expertise reconnue au niveau international sur ces domaines.
Les derniers appels Open Call, High Risk ou encore Water & Energy visent à soutenir des projets portant une idée innovante dans le domaine de la nano- et micro- fluidique autour des thématiques scientifiques portées par l’IPGG. L’objectif de ces appels à projet est de développer des initiatives ambitieuses et d’ouvrir le spectre scientifique de l’IPGG.
Les gouttelettes lipidiques (LD) sont des organites cellulaires inhabituels qui sont au carrefour des lipides cellulaires.
métabolisme. Outre le stockage du carbone et de l'énergie, ils jouent un rôle majeur dans divers processus tels que le métabolisme des lipides, le stockage et la dégradation des protéines, ainsi que la résistance aux stress biotiques et abiotiques. Chez l'homme, ils sont impliqués dans divers désordres métaboliques, tandis que chez les plantes, ils suscitent l'intérêt pour des applications biotechnologiques. Une meilleure compréhension de la biologie du LD est donc cruciale tant pour les enjeux de santé que pour les biotechnologies vertes. En particulier, le contrôle spatio-temporel de la biogenèse de la LD et des fonctions de
coordonner la réponse aux besoins métaboliques, au stress et au destin cellulaire, reste mal comprise. En outre, les méthodes pour sonder et disséquer la dynamique et les fonctions LD dans les cellules restent sous-développées. Par conséquent, l'élaboration de nouvelles méthodologies pour sonder et perturber les LD dans les cellules est essentielle. Ici, nous avons construit un consortium unique avec une expertise synergique en biochimie, ingénierie des protéines, biophysique et biologie cellulaire visant à fournir un nouvel outil pour sonder la dynamique perturbatrice de LD dans les cellules. L'objectif du projet IPGG
est de développer davantage cette méthodologie et d'obtenir un contrôle temporel sur l'assemblage/désassemblage de condensats artificiels confinant les gouttelettes lipidiques dans les cellules.
La fabrication conventionnelle de dispositifs microfluidiques en verre est un processus complexe en plusieurs étapes qui implique une
combinaison de différentes techniques de fabrication, généralement la photolithographie, la gravure chimique/sèche et
liaison thermique/anodique. Par conséquent, le processus est long et coûteux, en particulier lorsque
développer des prototypes microfluidiques voire les fabriquer en faible quantité.
Pour répondre à cette problématique, plusieurs méthodes reposant sur le déliantage thermique et le frittage des crus
de mélanges de polymères photoréticulables contenant une fraction élevée de nanoparticules de silice ont été
publiés et mis sur le marché. Bien qu'intéressantes, ces formulations ne sont pas adaptées à la fabrication
dispositifs microfluidiques à haute résolution, car ils sont principalement développés pour l'impression 3D ou le moulage par fil.
Au cours de ce projet, nous avons l'intention de développer des micropuces de verre à partir de mélanges polymère/silice constitués de deux matériaux largement utilisés : le PDMS et le COC, et de procéder au déliantage/frittage pour récupérer
puces en verre transparentes.
vL’implémentation de détections électrochimiques dans des microdispositifs présente un grand intérêt en raison des nombreux avantages qu’elle apporte par rapport à d’autres techniques comme les méthodes optiques. Les mesures sont rapides, proportionnelles à la concentration et peuvent être réalisées dans de très faibles volumes. Cependant, le confinement lié à la réduction des échelles rend localement le contrôle des processus physicochimiques plus complexes conditionnant d’autant les performances électrochimiques. C’est le cas de capteurs ampérométriques placés à l’intérieur de microcanaux. Leur réponse dépend du débit local et des régimes hydrodynamiques instaurés à leur voisinage. Cela devient une problématique majeure lorsque les conditions d’écoulement ne sont pas maitrisées ou lorsqu’elles s’avèrent fluctuantes comme pour l’analyse en continu de fluides biologiques collectés par des microsystèmes fluidiques de type patch (pour la collecte de sueur, par exemple) ou de type lentille (pour la collecte de larmes). La circulation dans le circuit est libre et imposée par un mécanisme biologique (de sudation ou de sécrétion). Pour permettre des détections ampérométriques fiables, l’enjeu n’est donc pas de lever uniquement un verrou technologique mais de résoudre un problème fondamental lié à la dépendance intrinsèque de ces mesures avec les conditions d’écoulement.
Dans ce projet, nous proposons donc de mettre en œuvre pour la première fois des mesures ampérométriques en couplant la détection d’analyte avec une détermination simultanée de débit du fluide biologique qui les contient. En raison de l’intérêt grandissant que suscitent les microsystèmes de type patch pour suivre l’état physiologique de l’organisme, le principe sera appliqué à l’analyse de lactate dans la sueur, biomarqueur d’incidents ischémiques et de septicémie. Pour de ne pas déséquilibrer les processus physico-chimiques à l’origine de la production de ce métabolite, la démarche consistera à réaliser un dispositif microfluidique souple, appliqué à la surface de la peau, ne provoquant pas de perturbation au niveau de la production de la sueur et de sa circulation dans le circuit. Cette stratégie devrait permettre d’assurer des déterminations exclusivement par voie électrochimique, cohérentes et indépendantes du débit de sueur.
L’impact de ce projet dépasse naturellement le cadre de cette application car son illustration permettra d’élargir les champs d’application de certains capteurs ampérométriques limités jusqu’à présent à l’analyse de fluides sous condition stagnante. L’association des compétences des deux équipes membres de l’IPGG pour la conception des dispositifs souples et l’incorporation d’une cellule électrochimique adaptée devrait ainsi garantir le succès de ce projet innovant.
We plan to apply a combination of physico-chemical and biotechnological method to help circularize the plastic economy. To this end, we will create a droplet microfluidic platform that allows high-throughput screening and directed evolution of highly active plastic degrading enzymes (that can work on any specific plastic, in particular “real” plastic waste), while also adapting the microscopic/mesoscopic structure of plastics to these new biochemical recycling pathways.
Les communautés microbiennes constituent un composant essentiel des écosystèmes, et dans les sols elles peuvent apporter les nutriments nécessaires à la croissance des plantes, voir les protéger contre les phytopathogènes. L’idée d’apporter des microorganismes extérieurs à un sol pour favoriser la croissance des cultures est séduisante, mais peine encore à devenir une réalité économique. Notre objectif est d’étudier comment l’apport de microorganismes exogènes est toléré ou pas par le microbiote d’un sol, et s’il est possible de prévoir cette réponse. A terme, l’objectif serait de développer des outils d’aide à la décision pour l’agriculteur, pour savoir si un type de sol est permissif aux phytopathogènes ou pas, et quelle dose amener de microorganismes pour améliorer le rendement de ses cultures.
Synthetic microparticles increasingly penetrate the water cycle and accumulate in the environment [Akdogan2019]. They stem from cleaning and personal care products or from microfibers emitted by the textile industry. Other harmful synthetic microparticles reach the environment through different paths such as emissions from burning of fossil fuels or degradation of plastic debris in the oceans. They pose a direct risk for human health since they are constantly being exchanged through water and air flows between the environment and the human body via ingestion and inhalation. They are also a threat for the marine environment and their toxicity has been demonstrated on microplankton [Michalec2017]. Due to their high prevalence in diverse flow regimes, it is crucial to understand the mutual and fundamental interaction between microparticles and different flows, especially containing non-Newtonian fluids which are common in biological, oceanographic and industrial flows.
Using laboratory model microsystems, we will address the following questions in this project: How do microparticles (MP) spatially organize in vortex flows as a function of particle properties (as particle size, shape, mechanical particle properties or density difference with the surrounding fluid) and flow properties (including the presence of complex fluids and weak inertia). We will first investigate very well controlled model particles and then extend the investigation to more realistic cases as microplastic debris, fiber fragments or living micro-organisms. Following to that, we will investigate how does particle organization changes when going from the dilute to a more concentrated particle concentration? And finally, how do particle dynamics differ in the bulk or at interfaces.
Macromolecular and mesoscale investigations of soft and biomolecular systems require state-of-the-art tools to make breakthrough discoveries. This proposal describes a multicolor TIRF microscope setup, to be built at IPGG. The need for such instrument cuts across disciplines. We exemplify this describing two very different applications: [1] nano-scale fluid dynamics of complex (i.e. non-Newtonian) colloid-laden, polymer solutions; and [2] single-molecule observations of biomolecular interactions between surface-grafted receptor molecules and freely diffusing fluorescent ligands in the context of diagnostic tests and directed evolution studies. In these contexts, we aim to overhaul the total internal reflection fluorescence microscope (TIRFM) of the indySoft/MMN lab by converting it from a monochromatic to a tri-color probe with single-molecule sensitivity, and to enhance the accessible time scales, from seconds, to minutes and hours. The developed device will enable to distinguish distinct objects from single biomolecules to mesoscale colloids and to disentangle the different microscopic objects that could be responsible for heretofore unexplained nanofluidic phenomena. The accent of this proposal is on the development of simultaneous three-color TIRF, as achieved using an optical splitter. This will allow us to image three spectral windows simultaneously maintaining the full temporal resolution of our acquisition device and allowing for true color-coincidence measurements.
Among the different therapeutic strategies, combination therapy that associates two or more therapeutic agents is now considered as a cornerstone of cancer therapy. Here we will develop a new generation of tumor on chip (ToC) to further investigate the efficacy of magnetic nanoparticles – mediated thermal therapy (hyperthermia) in a controlled biomimetic tumor microenvironment. We will in particular explore in ToC the impact of nanoparticles-mediated hyperthermia (HT) at both cellular and microenvironment levels as a single therapy or in combination with anti-cancer drugs to unravel the synergetic effect of such combination. This will be studied with breast and lung cancer (humanized) models in terms of dose and range of action. We expect that the understanding of the mechanisms underlying the tumor microenvironment response to combined nanoparticles-mediated HT and chemotherapy or immunotherapy might improve their clinical implementation in terms of vectors, treatment sequencing and dosing.
Lorsqu’un mètre cube d’eau de mer est mélangé à un mètre cube d’eau de rivière, 1 Mega Joule d’énergie de mélange est libérée. Trouver un moyen performant de collecter cette énergie serait une
avancée majeure dans le domaine des énergies renouvelables. Actuellement aucun des procédés existants n’est rentable financièrement. Une étude économique montre que le seuil de rentabilité est
fixé à 2.4 Watt/m2 [1,2].
Dans ce projet nous proposons de comparer deux stratégies en rupture pour améliorer les procédés d’électrodialyse inverse.
-Tout d’abord, nous proposons de déposer sur les membranes commerciales des couches poreuses conductrices du courant électrique sur lesquelles les ions s’adsorbent. La (ou les) membranes ainsi
recouvertes sera(ont) reliée(s) au collecteur de courant graphite par des tissus de carbone conducteur de haute perméabilité. Ainsi le potentiel de circuit ouvert des cellules sera multiplié par
deux sans que la résistance interne ne soit affectée. Les électrodes choisies seront des électrodes capacitives de type carbone. La densité de puissance des cellules actuelles sera multipliée par 4 et
dépassera le seuil de rentabilité financière.
- Deuxièmement, nous proposons de déposer sur la membrane commerciale des couches poreuses conductrice du courant électrique et faites en partie avec des matériaux d’intercalation du sodium.
La membrane ainsi recouverte sera reliée au collecteur de courant graphite par des tissus de carbone conducteur de haute perméabilité. De la même façon que précédemment, le potentiel de
circuit ouvert sera multiplié par 2. Le procédé capacitif précédemment en jeu sera remplacé par un procédé faradique de surface plus efficace. Au delà du côté appliqué, le projet permettra d’apporter un éclairage nouveau sur les phénomènes de transport des ions dans les membranes poreuses.
Access to clean water is essential for all as it is central to every major challenge the world faces today. Contaminants to the potential drinkable water are coming from different sources and include from colorants and pesticides to drugs and hormones and has implied that the development at the molecular range of filtering and separating technologies a current touchstone for our society. In this project, named ‘Nanoarchitectured membranes for ion-based electroosmotic water purification’, a new concept of nanostructured membranes will be developed. A new class of membranes based on the promising metal-organic framework materials are designed and will be synthesized and then test in the ion-based processes, starting on electroosmotic water purificacion. This new class of membranes will result from the induced assembly of nanocrystals of Ti-MOFs, with controlled size and shape, to produce macroscopic hierarchical metal–organic frameworks structures by the assembly of their nanoparticles into functional supercrystals. These supercrystals will combine filtering and removal of particles and molecules by size exclusion thought their pores, meanwhile the Titanium nature of their crystalline nanoparticle framework will induce the electro-osmotic flow. We will then compare experimental results of different MOF membranes to evaluate the critical parameters that govern the
phenomena, helped by the fine tunability that MOFs present. The rationalization of this promising phenomena, that increase the flux and transport at the nanoscale maintaining low energetical and economic costs, will pave its development and further implementation in the large-scale decontamination processes. Furthermore, our current processes require a good selection of the electrodes to be used and their performance. The membranar supercrystals approach will allow us to explore the performance of novel electrodes, required for the energy efficiency of our separation process and related phenomena.
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