Les projets de recherche

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.



Catalyst-free novel plasma-liquid micro-structured reactor for the direct oxidation of methane to liquid oxygenated fuels

Equipes :
2PM
Porteurs du projet :
Mengxue Zhang
Année d'obtention :
2021

The direct partial oxidation of methane to liquid oxygenates is a topic of great interest for energy sustainability and is one of the grand challenges in the area of catalysis and energy. In the existing commercial process, syngas is catalytically converted to methanol at high temperatures and high pressures. The objective of this project is to synthesize liquid oxygenated fuels (mainly formaldehyde, methanol and formic acid) by direct partial oxidation of methane in a plasma-liquid micro-structured reactor under mild conditions. The main difficulties of this process are related to the stability of the methane molecule and the reactivity of the oxygenates which may be oxidized subsequently into CO and CO2, with the consequent drastic decrease in selectivity with the methane conversion rate. In this project, we propose to overcome those limitations by developing a multiphase-flow micro-structured reactor dedicated for the in-situ extraction and protection of final products, maximizing the selectivity of the process. If successful, we aim to reach a high selectivity of 70% (Methanol, formaldehyde) combined with a total conversion of methane.


Microfluidique pour la fonctionalisation sélective de liaisons C-H

Equipes :
SEISAD
Porteurs du projet :
Camille Lescot
Année d'obtention :
2021

Ce projet, qui s’inscrit dans la thématique « Flow chemistry », vise à développer une méthode d’insertion de précurseurs carbéniques dans des liaisons C-H de molécules complexes au sein de microréacteurs aux parois fonctionnalisées par des catalyseurs à base de fer. Cette méthodologie combine les avantages de la catalyse hétérogène (récupération aisée du catalyseur supporté), et des systèmes microfluidiques (contrôle de la température et des temps de mélange). Ceci permet d’envisager la mise au point d’un système hautement sélectif à base d’un métal non noble, pour une transformation souvent non applicable à des molécules complexes, et dont l’état de l’art est dominé par la catalyse au rhodium.
Pour mener ce projet à bien, trois familles de catalyseurs issus de la littérature et permettant ce type de transformation en conditions batch (réacteur homogène) sur des substrats modèles simples ont été choisis. Dans un premier temps (Axe 1), ces catalyseurs seront greffés sur microbilles de verre. L’efficacité (chimio- et régiosélectivité) des systèmes hétérogènes ainsi obtenus sera d’abord étudiée sur des substrats modèles, puis sur des molécules plus élaborées. Les catalyseurs ayant obtenu la meilleure activité seront adaptés en réacteurs microfluidiques et greffés sur les parois de microréacteurs en verre (Axe 2). Une fois les conditions de réaction optimisées en régime microfluidique, la fonctionnalisation de cibles complexes sera envisagée permettant une évaluation de l’apport de la microfluidique pour cette méthodologie.


A Reactor for the emergence of EVOlution from LIfe’s building blocks (REVOLI)

Equipes :
LBC
Porteurs du projet :
Tommaso Fraccia & Philippe Nghe
Année d'obtention :
2020

The Miller-Urey experiment has revolutionized the field of the origin of life (OoL) by showing that chemical mixtures in prebiotic conditions could lead to the synthesis of life’s building blocks. We want to tackle the next step: explain how building blocks can polymerize and self-organize into compartmentalized reaction networks capable of evolution, thus making the bridge between physico-chemistry and biology.
We will set-up an experiment where mixtures of biomolecular building blocks (of RNA, peptides, lipids) are submitted to dry-wet cycles in an open reactor. This implementation of Darwin’s “warm little pond” with day-night cycles provides two key ingredients: enhanced reactivity during the dry phase, and compartmentalization of chemical networks in vesicles during the wet phase. We will study the emergence of evolution, the signature of which are an increasing complexity of biopolymers across cycles and changes in the physical properties of vesicles which correlate with their ability to persist under selection. If successful, this experiment would be the first demonstration of spontaneous emergence of evolution in a physico-chemical system. Furthermore, it would open a completely novel avenue in synthetic biology, by-passing the need to build complex artificial cells while allowing the same range of applications: it will become possible to leverage the power of Darwinian evolution


RUN Project : Drug discovery through cell migration

Equipes :
BIO6
Porteurs du projet :
Pablo VARGAS & Dominique STOPPA-LYONNET
Année d'obtention :
2020

In biomedicine, one of the main worldwide challenges is the development of therapeutic strategies for the medical care of primary immune deficiencies (PIDs). PIDs originate from mutations in genes required for the immune function, making patients prone to infections, auto-immunity and cancer. More than 400 PIDs have been identified, affecting about 30,000 individuals in Europe, for which there is no curative treatment. Due to the high economic and societal impact, the European Union has recognized “translational research on rare diseases” as a public health priority, emphasizing the urgency for novel therapeutics.


A conductive soft granular material for water desalinization

Equipes :
LCMD
Porteurs du projet :
Nicolas Bremond
Année d'obtention :
2020

Water being an electronically insulatingmaterial, electronic conduction between two electrodes immerged in water is solely possible by directly wiring the two electrodes. Such a wiring can be obtained by dispersing
electrically conductive particles that are connected and which form a so-called percolated network The ability to conduct electrons in an aqueous media under flow opens new strategies in the area of energy management or water desalinisation. Here, we propose to study a new concept of flowing electrodes having a high conductive
area while easily flowing. The basic principle is to encapsulate large amount of conductive particles in a polymer network shaped as beads, thus forming a soft granular material. The main objectives of the project are to upscale the production of subPmillimetre conductive hydrogel beads and to build an experimental set-up incorporating a flow capacitive deionization device.


MimeCodr : Microfluidic Metamaterials with Coiled Droplets

Equipes :
INDYSOFT
Porteurs du projet :
Joshua McGraw
Année d'obtention :
2020

Using microfluidics we are able to synthetize individual resonating units. Combining many of these units, we may form a material that exhibits original optical properties. Our idea combines concepts from three fields of engineering and physics: microfluidics, elasto-capillarity and optical metamaterials. The goal of MimeCodr is to harness these physical effects in a microfluidic context for the generation of novel optical materials.


New Hybrid plasma-catalytic methanation of CO2

Equipes :
2PM
Porteurs du projet :
Stéphanie Ognier
Année d'obtention :
2020

Au sein de l’IPGG l’équipe « Procédés, Plasmas, Microsystèmes » développe des microréacteurs plasma dans l’objectif de trouver de nouvelles voies de synthèse de molécules chimiques plus respectueuses de l’environnement. Les applications vont de la fonctionnalisation de molécules pharmaceutiques à la transformation du dioxyde de carbone en méthane.


Endommagement plastique des matériaux amorphes : étude mésoscopique

Equipes :
MMN
Porteurs du projet :
Elisabeth Bouchaud
Année d'obtention :
2017

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.


« Candida albicans sur puce » Développement d’une phénomique quantitative de C. albicans, et étude des mécanismes biophysiques d’infection dans des dispositifs microfluidiques de type « organes sur puces »

Equipes :
MMBM
Porteurs du projet :
C. Villard
Année d'obtention :
2017

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.


Une nouvelle voie pour la séparation eau-éthanol grâce aux membranes de graphène-oxide

Equipes :
MICROMEGAS
Porteurs du projet :
Alessandro Siria
Année d'obtention :
2017

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.


47 projets.