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.
We will prepare concentrated emulsions of different structures with a microfluidic device, which can further be cross-linked, in order to make model amorphous 2D materials with controlled density and cohesiveness. These amorphous structures will have a « basic atom » of size ~50µm. They will be fractured in a controlled way, and plastic events, i.e. local irreversible rearrangements occurring around the crack tip, will be observed in conventional and confocal microscopy. Their influence on the fracture path and on the fracture dynamics will be studied. The obtained results will be compa-red to theoretical predictions, and to the results of numerical simulations. This study could be the basis of constitutive laws for soft amorphous materials.
Les champignons sont omniprésents dans notre environnement. La capacité fascinante de ces organismes à produire des réseaux étendus de filaments (ou hyphes) est à l’origine de leur colonisation massive de la biosphère, et une des clés de leur pathogénicité. Nous proposons dans ce projet collaboratif une étude biophysique de la croissance filamenteuse d’un champignon du microbiote humain : Candida albicans. Un premier objectif sera de développer grâce aux outils microfluidiques un ensemble d’observables biophysiques quantitatives de cette croissance. Dans un deuxième temps, nous mènerons une approche de type « organe sur puce » permettant l’étude des interactions entre cellules animales et hyphes. Notre ambition est d’obtenir à la fin du projet de nouveaux outils expérimentaux et conceptuels permettant une caractérisation phénotypique fine des champignons filamenteux associée à leur génotype, ainsi qu’une compréhension plus profonde des mécanismes associés à leurs propriétés invasives.
The depletion of fossil fuel resources and its increase in global demand lead to the development of alternative sustainable energies replacing fossil fuel. The biofuels, such as the ethanol and butanol, have recently attracted great attention, both in fundamental researches and industrial applications. Biofuels are attractive due their diverse resources, such as sugarcane, wheat, corn, lignocellulosic biomass, and crop waste residues. Standard technologies to produce and purify biofuels (fermentation and pervaporation), however, are not very efficient energetically. While membrane reverse osmosis approaches would be much less costly, the attempts to fabricate membranes that are semi-permeable to ethanol but not to water were merely unsuccessful. In this project, we propose here to develop a new class of membranes made of a multistack of graphene and graphene-oxide layers for the separation of water-ethanol mixtures. Based on a theoretical and numerical prediction obtained in our team, showing that GO membrane are self-semi-permebale, we expect this graphitic membrane to allow for the separation of water from alcohol across this membrane. Preliminary experimental result confirm this unique property, which remain to be thoroughly investigated. This is the aiom of the present project. It will allow to develop a completely new and highly attractive method for water-ethanol separation.
Actually, the daily exposure of ultrafine particles to human body goes from 20 to 500 g/m3 and the respiratory system is certainly the most critical route of such an exposure. While the fine particle passages through the alveolar epithelium barrier is the key issue for non-desired inhalation, the pharmacological delivery of drug through lung system is one of important subjects in nanomedicine. In both cases, there is still a lack of mechanistic understanding about the interactions of nanoparticles with human pulmonary alveolar barrier. To overcome this shortage, we propose an in-vitro model made of human alveolar epithelium and endothelium formed on a monolayer of elastic fibers which mimic structurally and functionally the human alveolus. In particular, we propose to use human induced pluripotent stem cells (hiPSC) and microfluidic device to build alveoli-on-chip systems, together with a high precision flow control setup, to study nanoparticles crossing alveolar barrier.
L'objectif de ce travail est de synthétiser des composés organiques utilisant le CO2 comme matière première dans des milli-réacteurs plasma liquide-gaz, une technologie totalement nouvelle développée ces dernières années à l’IPGG. Il y a actuellement un grand intérêt à produire du CO à partir du CO2 et à utiliser le CO in situ comme réactif pour des réactions de synthèse d'intérêt industriel. Dans ce contexte, le projet vise à étudier la dissociation par plasma du CO2 en CO, suivie de la réaction directe du CO avec des molécules organiques injectées sous forme liquide dans les micro-réacteurs plasma. Deux voies réactionnelles à partir du CO seront explorées: une réaction en phase liquide actuellement utilisée pour synthétiser des molecules d’intérêt biologique (réaction d'aminocarbonylation catalysée par le Palladium) et des réactions en phase gazeuse entre CO et les formes radicalaires générées par plasma de substrats organiques sélectionnés.
Les microsystèmes permettent de réduire la durée de l’analyse et la consommation en solvant et réactifs, mais leur pouvoir de séparation comme les quantités injectées le sont aussi, ce qui est très problématique pour l’analyse de composés à l’état de trace dans des échantillons complexes. Ce projet vise donc à intégrer une étape de traitement de l’échantillon pour extraire et concentrer sélectivement, avec des polymères à empreintes moléculaires et ioniques synthétisés in situ, les analytes cibles tout en éliminant les autres constituants de l’échantillon. Une fois les conditions de synthèse optimisées, les protocoles permettant l’extraction sélective et la préconcentration des composés ciblés contenus dans des échantillons réels seront développés et validés. Après extraction, les analytes seront désorbés, séparés et spécifiquement détectés avec une électrode imprimée ou par fluorescence induite par LED après complexation avec une sonde développée à façon. La sélectivité des polymères et la sensibilité des modes de détection devraient permettre de compenser le manque de performance de l’étape de séparation en microsystème. La dopamine dans des échantillons biologiques et les ions lanthanides dans des échantillons environnementaux seront les composés et matrices modèles de cette étude.
Les paysages adaptatifs déterminent la dynamique évolutive, par analogie avec les paysages de potentiel qui gouvernent la dynamique des systèmes physiques. Etant donné leur dimension élevée (typiquement 10200), il est impossible d’appréhender exhaustivement leur structure locale et globale. La possibilité d’inférer la dynamique évolutive à long terme à partir du gradient local du paysage adaptatif reste donc une question ouverte. Nous proposons de sonder le gradient du paysage adaptatif au voisinage de 103 gènes en caractérisant les phénotypes au sein de leur voisinage dans l’espace des séquences. Pour cela nous allons effectuer une cartographie génotype-phénotype de milliers de mutants ponctuels au voisinage de chacun de ces 103 gènes, en suivant notre stratégie basée sur la microfluidique en gouttelette. Ensuite nous analyserons la relation entre le résultat de l’évolution à long terme à partir de ces gènes et le gradient local du paysage adaptatif dans leur voisinage. Finalement, nous étendrons notre technologie microfluidique afin de sélectionner des gènes directement en fonction de leur gradient local de paysage adaptatif (au lieu de leur potentiel adaptatif), ce qui ouvrira à la sélection pour l’évoluabilité des gènes codant les protéines.
Les écoulements multiphasiques sont présents dans de nombreux procédés industriels (cosmétique, agro-alimentaire, matériaux) et sont largement étudiés depuis plusieurs décennies. L'émergence de la microfluidique, issue des technologies de la microélectronique, a permis un essor notable des études de ces écoulements aux échelles micrométriques en fournissant des systèmes modèles, tant pour des systèmes denses (mousses, émulsions), que des systèmes dilués (bulles, gouttes). Leur étude fournie à la fois des questions fondamentales riches et des potentiels d'application substantiels. La question posée est l’influence de la nature du tensioactif utilisé (soluble ou non) sur la dynamique de ces objets. Après avoir montré qu’un système dense modèle (mousse micrométrique) ne permet pas de dégager de loi explicite, nous proposons d’étudier la dynamique d’un système modèle : une goutte. Les résultats obtenus auront un impact significatif dans la communauté de la microfluidique digitale mais aussi de manière plus générale pour l’ensemble des communautés utilisant des émulsions denses.
Notre projet consiste à reproduire les contraintes mécaniques induites par les kystes en expansion sur les cellules épithéliales quiescentes, qui entrent ainsi dans un cycle prolifératif, conduisant à la naissance de nouveaux kystes. Ce phénomène « boule de neige » conduit à l’insuffisance rénale chez les patients atteints de la néphropathie héréditaire la plus fréquente, la Polykystose Rénale Autosomique Dominante (ADPKD). Nous aborderons des aspects éminemment novateurs de cette spirale kystique en développant, à l’aide d’approches de microfabrication et de microfluidique originales, un système biomimétique de multi-tubes parallèles déformables, mimant l’organisation physiologique des tubules et leur compression par des kystes en développement. Nous caractériserons les événements impliqués dans les déformations tubulaires et la génération de nouveaux kystes par des approches d’imagerie quantitative et de transcriptomique sur cellule unique.
The vivid need in fresh water is one of the main challenges now faced by humanity. Water desalination and water recycling involve costly separation processes in terms of energy. The domain has been boosted over the last two decades by the progresses made in membrane technologies for water purification, such as reverse osmosis or nano- and ultra- filtration [1], and more recently by the possibilities offered by nanoscale materials, such as graphene or advanced membranes [2, 3]. However, a necessary step for progress requires out-of-the-box ideas beyond sieving separation principles.
In this projet our aim is to fabricate a biomimetic device mimicking one of the most efficient filtration devices: the kidney [4]. We showed recently in a theoretical investigation, see Ref. [5], that the central piece of the kidney filtration, the U-shaped loop of Henle, is designed as an active osmotic exchanger: accordingly, the waste is separated from water and salt via a symbiotic reabsorbtion, with salt playing the role of an ”osmotic activator” [5]. Beyond, we showed that this design allows to operate at a remarkably small energy cost, typically one order of magnitude smaller than traditional sieving processes like nanofiltration, while working at much smaller pressures.
Taking a biomimetic perspective, we now want to take inspiration from this design and fabricate experimentally a microfluidic artificial counterpart of the kidney filtration process. The design will rely on existing microfabrication technologies and membranes, and use only electric fields as driving forces. This will allow to explore systematically the performance of such a osmotic exchanger in terms of separation of species. Various extensions will be considered. Such a ”kidney on a chip” could be used for compact and low-energy artificial dialytic systems. It also points to new avenues for efficient separation processes and advanced water recycling.
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