Le Labex 2 de l'IPGG se concentre sur 9 grands thèmes : 4 thèmes déjà lancés ces dernières années et 5 ouvrant de nouvelles voies scientifiques. Ces thèmes unificateurs ont pour caractéristique commune de cibler des questions d'avant-garde ayant un impact potentiel élevé en science fondamentale, et pour lesquelles la micro- et la nanofluidique pourraient fournir des solutions révolutionnaires. Ces thèmes partagent la nécessité d'une approche interdisciplinaire et offrent un chemin court vers l'innovation, avec une valeur sociétale élevée.
@QDevBio_Institut Curie
La microfluidique fournit des outils puissants pour s'attaquer à cette question difficile et vaste qui présente un grand intérêt sociétal. En particulier, on pense généralement que la compartimentation a joué un rôle essentiel dans l'émergence de la vie, et la microfluidique permet de compartimenter les réactions à l'échelle microscopique dans des conditions hautement contrôlées, avec des conditions fixes de température et de luminosité par exemple. Les travaux en cours indiquent qu'il est possible de créer des systèmes purement basés sur la chimie et la physico-chimie qui présentent de nombreuses caractéristiques des systèmes vivants et il pourrait même être possible de démontrer que des systèmes chimiques présentent une évolution darwinienne, au moins rudimentaire.
@MMBM_Institut Curie
Les "organes sur puce", une nouvelle catégorie de modèles de laboratoire microtechniques plus respectueux de l'architecture et de la fonction des organes vivants que les modèles actuels tels que les organoïdes, permettent de reproduire des microenvironnements in vivo pour des comparaisons pathologiques et physiologiques. Dans ce cadre, la microfluidique a également été récemment mise à contribution pour étudier, avec un contrôle sans précédent, des organismes complets modèles, tels que les embryons de C. Elegans ou de poisson zèbre, et reconstituer puis étudier des écosystèmes cellulaires complets. Les applications vont de la compréhension fondamentale de la biophysique et du développement au remplacement des modèles animaux dans la découverte de médicaments et la toxicologie, en passant par la médecine régénérative.
@2PM_ENSCP PSL
La dernière décennie a été marquée par une augmentation substantielle de l'intérêt pour les réacteurs à flux continu pour la réalisation de synthèses chimiques. Les principaux avantages d'une telle approche sont l'amélioration du transfert de chaleur et de masse, l'efficacité du mélange, le contrôle précis des paramètres, la facilité de chauffer les solvants au-dessus de leur point d'ébullition, une plus grande sécurité lors du traitement des intermédiaires réactifs et dangereux, et la simplicité de leur automatisation et du télescopage des réactions à plusieurs étapes. Le processus traditionnel d'optimisation de la mise à l'échelle dans le génie chimique par lots peut être remplacé par une parallélisation directe dans un dispositif d'écoulement de la taille d'une paillasse. Les développements récents couplant la chimie en flux et les technologies plasma sont très prometteurs et seront dynamisés.
@MMN_ESPCI PSL
Le traitement, la filtration et le dessalement de l'eau sont devenus des défis majeurs dans nos sociétés actuelles. En particulier, cela englobe l'étude des membranes et de la séparation, qui, malgré de nombreux progrès, atteint les limites de l'optimisation. Comme pour le thème de la récolte et du stockage de l'énergie à base d'ions, les percées futures nécessitent le développement de matériaux innovants pour les membranes et bénéficieraient fortement des nouveaux comportements de transport - parfois exotiques - qui se produisent à la plus petite échelle, ainsi que du développement de nouveaux types de membranes.
@NBMS_ENS PSL
La préservation et l'enrichissement des sols, le traitement des déchets, les phénomènes de colonisation par des micro-organismes ou les infections nosocomiales par des microbes pathogènes sont autant d'exemples qui soulignent l'importance de comprendre la nature et la dynamique du microbiote et ses interactions avec le règne végétal et animal. En raison de sa capacité à créer des micro-environnements contrôlés chimiquement et compartimentés, la microfluidique a un rôle clé à jouer dans ces domaines.
@Indysoft_ESPCI PSL
La modélisation des phénomènes liés aux fluides à micro-échelle est inhérente à l'étude globale de la microfluidique et répartie dans les équipes de l'IPGG. Il nous semble pertinent d'encourager le développement transversal de la modélisation à l'échelle de l'IPGG afin de partager le savoir-faire. Ceci englobe toutes les échelles pertinentes, de la conception de dispositifs à grande échelle, à la modélisation des processus physico-chimiques à l'échelle moléculaire, ainsi que le transport ionique/moléculaire vers des espaces poreux et encombrés, jusqu'à l'échelle moléculaire.
@MicroMegas_ENS PSL
Le domaine des batteries, des piles à flux, des supercondensateurs, de l'énergie osmotique et du mélange capacitif sont toutes des formes de récolte et de stockage d'énergie impliquant les fluides et les ions comme vecteur d'énergie. Les nouvelles solutions et améliorations viendront désormais d'une compréhension fondamentale et d'un contrôle du transport des fluides et des ions à l'échelle nanométrique et moléculaire, ainsi que du développement de matériaux innovants pour les processus membranaires. Les dispositifs microfluidiques fournissent des environnements contrôlés dans lesquels les propriétés d'écoulement sont finement ajustées pour fournir des conditions chimiques et physiques appropriées. Couplé à la micro- et nano-impression, cela offre des opportunités dans le domaine de l'énergie pour construire des structures originales, comme des micro-batteries lithium-ion, des cellules d'écoulement redox, ou des batteries de bactéries électroactives.
@Bio6_Institut Curie
La biologie des systèmes et la génomique à haut débit ont apporté une révolution majeure en biologie, mais se sont progressivement heurtées à des limites importantes liées à l'hétérogénéité intrinsèque des systèmes vivants. Une solution consiste à appliquer les outils de génomique et potentiellement de protéomique à haut débit au niveau de la cellule unique, tout en conservant leurs propriétés à haut débit. Grâce à la compartimentation des fluides, à la parallélisation et à la rentabilité des protocoles analytiques, la microfluidique est le cheval de bataille des technologies unicellulaires. Elle permet le phénotypage quantitatif et la manipulation de cellules uniques et de leurs micro-environnements, y compris la culture et le clonage de cellules rares ou de cellules primaires de patients difficiles à manipuler. Les développements futurs combineront également le contrôle et la manipulation du micro-environnement de la cellule unique avec les méthodes d'analyse de la cellule unique.
@MIE_ESPCI PSL
La microfluidique et la microfabrication basées sur le PDMS permettent le développement d'une électronique flexible comprenant des capteurs de pression, des capteurs de contrainte et des capteurs de température, appelés "e-skin". Cela a donné lieu à des innovations telles que des bandages intelligents pour le suivi de la santé ou des capteurs pour surveiller l'état des ailes des avions. Les améliorations apportées à la microfluidique intelligente et flexible devraient conduire à de nouvelles avancées dans le domaine de l'électronique flexible en offrant des solutions simples sans inclure de composants inorganiques et de silicium. De nouvelles propriétés telles que la biocompatibilité, la biodégradabilité, l'autoguérison, l'ultra-sensibilité et l'auto-alimentation constituent de nouveaux défis dans ce domaine qui seront relevés lors de l'IPGG. Les domaines d'utilisation potentiels vont de la surveillance de l'état physiologique dans les unités de soins intensifs néonatals à l'évaluation des réponses cellulaires aux produits pharmaceutiques.
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