Université PSL

Les projets de recherche

L’IPGG offre des financements postdoctoraux pour des projets où la microfluidique joue un rôle central au sein des équipes de recherche membres de l'IPGG.

Nous mettons un accent particulier sur les projets "à haut risque scientifique", ceux qui sont difficiles à financer par les sources habituelles (ANR, etc.).

Nous donnons la possibilité de nous proposer plusieurs thèses pour un seul projet au sein de différents laboratoires de l’IPGG.

Nous souhaitons soutenir un ou deux projets de plus grande ampleur pour lequel, grâce à une synergie mise en œuvre au sein de l’IPGG, il sera possible de relever des défis d’envergure.



Déterminer la vitesse de gouttes en microfluidique digitale

Equipes :
MMN
Porteurs du projet :
Marie-Caroline Jullien
Année d'obtention :
2014

Dans le contexte de la microfluidique digitale, dont le développement nécessite dans de nombreux cas la synchronisation de systèmes automatisés, nous avons montré que le confinement jouait un rôle crucial sur la vitesse des gouttes. Il paraît donc nécessaire de conduire des expériences systématiques afin de dériver un modèle global servant de référence pour prédire la vitesse des gouttes. Pour cela, nous souhaitons dans un premier temps caractériser le rôle de différents paramètres : rapport des viscosités, propriétés rhéologiques des surfactants et paramètres géométriques. Dans un second temps, nous étudierons le film de lubrification in situ (épaisseur, temps de vie, rhéologie interfaciale...) et fournirons un nouvel outil de mesure de pression de disjonction à la communauté physico-chimiste.


Compétition entre cellules normales et cancéreuses en micro-environnements contrôlés

Equipes :
PBME
Porteurs du projet :
I. Bonnet / P. Silberzan
Année d'obtention :
2014

Au tout début de la carcinogenèse, une ou quelques cellule(s) subissent des mutations génétiques irréversibles. Les cellules ainsi transformées se retrouvent entourées de cellules normales. Il est aujourd’hui admis que l’environnement des cellules mutées, mais aussi les interactions avec leurs voisines normales jouent un rôle dans le devenir des cellules transformées. La question qui nous intéresse particulièrement est : comment les conditions environnementales jouent-elles sur la stabilité des cellules mutées ?
Pour répondre à cette question, nous utiliserons la culture de cellule en monocouche. Nous avons choisi d’étudier les cellules transformées par l’expression de l’oncogène ras, connu pour être suractivé dans de nombreux cancers. Notre stratégie est de contrôler, dans le temps et l’espace la localisation des cellules mutées au sein d’un tissu de cellules normales, dans un environnement où les propriétés mécaniques sont contrôlées. En parallèle, nous développerons un outil génétique permettant de moduler, par la lumière, l’intensité de la mutation, et ce, à l’échelle de la cellule individuelle. Notre but est de comprendre le rôle joué par l’environnement en déterminant les situations favorables ou non à la progression des cellules transformées.


Spectrométrie de masse en mode électrospray pour la microfluidique de gouttes

Equipes :
SMBP
Porteurs du projet :
Vinh‐Griffiths‐Malaquin‐Tabeling
Année d'obtention :
2014

In this proposal 4 groups of IPGG will collaborate to develop a simple and versatile interface to efficiently couple droplet‐based microfluidic and mass spectrometry. The proposed interface will allow the extraction of  aqueous  droplets  from  monodisperse  stabilized  emulsion.  The  extraction  will  be  obtained  through  electrocoalescence and hydrophilic treatment of the aqueous stream channel. In order to minimize Taylor‐Aris dispersion the extraction will take place at a minimal distance of the electrospray nozzle. A preconcentration/desalting step using magnetic tweezers will be implemented upstream in order to remove non‐volatile contaminants and to fractionate the sample.
The unique analytical power of MS would allow the screening of microorganisms 1) producing enzymes that degrade  natural  feedstocks,  or  2)  producing  molecules  of  industrial  or  therapeutic  interest  (e.g.  natural  products). In addition, the ability to analyse the proteomes (or sub‐fractions of the proteome, such as the secretome) of millions of cells, each at the single cell level would be a transformational tool for life science research and drug discovery.


Combiner la microfluidique de goutte et le séquençage à haut débit pour produire une cartographie génotype/phénotype de haute résolution et l'évolution dirigée de protéines

Porteurs du projet :
Andrew Griffiths
Année d'obtention :
2013

La compréhension des mécanismes d’adaptation du vivant vis-à-vis de changements et de stress environnementaux est un enjeu sociétal majeur en termes économiques, médicaux et écologiques. Notre but est de reconstruire les trajectoires évolutives de millions de bio-molécules soumises à des perturbations environnementales dans des conditions contrôlées au laboratoire. Notre approche interdisciplinaire, basée sur une combinaison de techniques de pointe (microfluidique en gouttelette et séquençage à haut débit) permettra de produire une représentation très riche de la réponse adaptative au niveau moléculaire au stress environnemental.

La diversité des mécanismes d’adaptation, les échelles de temps mises en jeu, l’impossibilité de reconstruire les trajectoires évolutives passées, et notre manque d’information concernant les conditions environnementales passées et futures empêchent a priori de construire une vision complète des processus biologiques adaptatifs et de leur optimisation. Les expériences d’évolution dirigée basées sur des schémas évolutifs darwiniens en conditions contrôlées au laboratoire permettent de surmonter certaines des limitations de l’étude des processus biologiques adaptatifs. En particulier au niveau moléculaire, l’évolution dirigée permet de contrôler précisément la pression de sélection, le taux de mutation aléatoire et donc de suivre des échelles de temps aussi longues que l’on veut. Le développement récent des techniques de séquençage à haut débit permet de suivre en parallèle de larges populations de mutants et donc de développer une analyse statistique de l’adaptation au niveau moléculaire.

Nous proposons d’analyser, à une échelle et une résolution sans précédents, les trajectoires évolutives de bio-molécules soumises à des pressions environnementales contrôlées au laboratoire. Nous combinerons l’évolution dirigée par microfluidique en gouttelette et le séquençage à haut débit pour étudier l’adaptation d’une protéine-modèle, l’enzyme SGAP (Streptomyces griseus aminopeptidase). Nous suivrons des millions de trajectoires évolutives en parallèle en contrôlant précisément la pression de sélection de l’environnement. Nous évoluerons l’enzyme SGAP, qui est naturellement une leucine-aminopeptidase, afin qu’elle acquiert des fonctions nouvelles telles que valine- ou glycine-aminopeptidase, ou phosphodiesterase. Nous effectuerons l’évolution dirigée d’une population de variants de SGAP en sélectionnant pour des niveaux arbitraires d’activité enzymatique associée à ces nouvelles fonctions grâce aux substrats fluorogéniques que nous développons et produisons au laboratoire. L’analyse à haut débit par microfluidique en gouttelette fournira les phénotypes respectifs de 10^6 variants en moins d’une heure et les variants seront triés en fonction de leur phénotype. Après cette étape de tri, les gènes des variants seront étiquetés avec un code-barres portant leur phénotype et la condition environnementale. Le séquençage à haut débit des gènes étiquetés fournira une cartographie de la relation génotype/phénotype de 10^6 variants, en une seule expérience massivement parallèle. L’analyse statistique des données de séquençage permettra de reconstruire les trajectoires évolutives de chacun des 10^6 variants soumis à des pressions environnementales successives, et d’extraire ensuite les paramètres qui déterminent le potentiel adaptatif des bio-molécules.
Notre étude fournira une représentation à grande échelle de la réponse biologique adaptative aux changements environnementaux au niveau moléculaire, et une compréhension plus profonde des mécanismes d’évolution de nouvelles fonctions des protéines et de leur optimisation. Les résultats attendus et notre nouvelle stratégie auront des applications avec un impact très large, notamment pour l’optimisation d’enzymes d’intérêt industriel, de protéines thérapeutiques, et de la conception d’anticorps et vaccins anti-viraux.


Synthèse de super-atomes à base de cristaux liquides

Equipes :
MMN
Porteurs du projet :
Teresa Lopez-Leon et Olivier Dauchot
Année d'obtention :
2013

A de nombreux égards, les colloïdes, des particules micrométriques, se comportent comme de « gros atomes ». Un des objectifs majeurs de la science des colloïdes est de synthétiser des assemblages structurés de colloïdes -- sortes de méta-molécules --, qui serviraient alors de briques élémentaires pour la fabrication de méta-matériaux, qui, hier encore,
relevaient de la science fiction.

A l’heure actuelle la principale limitation dans l’utilisation des colloïdes en tant qu’atomes de taille micrométrique est leur incapacité à créer des liaisons selon des directions spécifiques. Dans ce projet, nous proposons une stratégie originale pour franchir cet obstacle, en recouvrant les particules sphériques colloïdales d’une fine couche de cristal liquide. La sphéricité de la particule impose une contrainte au besoin d’ordre du cristal liquide, dont les molécules cherchent à être parallèles les unes aux autre. Il se forme alors des défauts, pareils aux pôles où se rencontrent les méridiens du globe. L’idée est d’utiliser ces défauts comme points d’ancrage à des brins d’ADN qui formeront des ponts entre les particules colloïdales. A la différence des pôles du globe, le nombre et la position des défauts dans le cristal liquide peuvent varier, selon la température, l’épaisseur de la couche, et d’autres paramètres que l’on peut contrôler. Nous sommes ainsi capables de produire des particules colloïdales reproduisant par exemple les liaisons des atomes de carbone, ou d’autres types de liaison qui n’existent pas dans la nature. La fabrication de ces super-atomes nous laisse entrevoir des nouveaux horizons pour la photonique et plus globalement les nanotechnologies.


Développement d’un microréacteur plasma pour la catalyse de polymérisation

Equipes :
2PM
Porteurs du projet :
Michael Tatoulian
Année d'obtention :
2013

L’objectif du projet est de concevoir un microréacteur plasma dédié à la synthèse chimique. La réaction chimique choisie concerne la synthèse de polymères biodégradables qui représente un enjeu important. Le dispositif est novateur puisqu’il propose de déclencher une décharge électrique dans une goutte de liquide qui contient le catalyseur en solution et la molécule à polymériser. Le dispositif permettra d’apporter des éléments essentiels sur les cinétiques de polymérisation catalytiques, et ouvrira également des perspectives importantes qui pourront être utilisées au futur pour des applications environnementales en phase gaz (valorisation du CO2, traitement COV) ou liquides (traitement de polluant en phase aqueuse).
Le projet sera mené par une équipe pluridisciplinaire composée d’experts en Génie des Procédés plasmas (M. Tatoulian/S. Ognier/S. Cavadias/C. Guyon), en microfluidique (P. Tabeling, F. Monti) et en Chimie moléculaire (C. Thomas, E. Brulé). Par ailleurs, une collaboration déjà en place, entre le LGPPTS et le groupe Micro Nano Bio et Microsystèmes de l’Institut d’Electronique Fondamental, garantira un accès privilégié à la Centrale de Technologie Universitaire qui dispose de nombreux équipements impliqués dans la réalisation et la caractérisation de micro et nanosystèmes.


Imagerie opto-électrochimique sans-marquage en système microfluidique : du diagnostic biochimique portable au suivi de nano-objets individuels

Equipes :
LSABM
Porteurs du projet :
Frédéric Kanoufi
Année d'obtention :
2013

L'objectif de ce projet est de développer un concept de "microscopie chimique" dédiée à l'imagerie dans des dispositifs microfluidiques. Ce microscope optique est basé sur le suivi in situ, en temps réel et sans marquage, de transformations chimiques de surface. Il consiste à coupler une détection par imagerie optique à l'activation électro- ou bio-chimique
d'une surface. Le principe et la méthodologie proposés peuvent satisfaire de nombreuses applications.

Une telle détection sans marquage sera mise à profit dans :
i) la détection de réaction de reconnaissance moléculaire permettant le développement de plateformes de diagnostique bon marché, sans-marquage et portables, et
ii) la détection d'évènements chimiques individuels tels que le suivi de trajectoire 'réactive' de nanoparticules individuelles au cours d'une transformation chimique.


Première partie d’un système immunitaire sur puce : la maturation des cellules dendritiques

Equipes :
BIO6
Porteurs du projet :
Matthieu Piel, Ana-Maria Lennon-Duménil, Edgar Gomes, Charles BAROUD
Année d'obtention :
2012

La réponse immunitaire adaptative, qui permet aux organismes de développer une immunité contre des pathologies à priori inconnus, repose sur un système multimodal destiné à détecter, apporter et analyser des informations provenant de tissu périphériques, afin d’amener une réponse spécifique pour la pathologie. Cette détection est faite par des cellules dendritiques, qui surveillent les tissus périphériques et peuvent encapsuler de grandes quantités de matériel biologique. Le matériel encapsulé est ensuite transformé et présenté aux cellules de surface. Suite au déclenchement de « signaux de dangers », les cellules dendritiques migrent vers les vaisseaux lymphatiques où ils activent les lymphocytes T, ce qui est une étape essentielle pour l’apparition de réponses immunitaires spécifiques. Il est très difficile de suivre des cellules dendritiques à travers leurs voyages dans le corps. C’est à cause de cela que la réponse immunitaire adaptative est souvent étudiée sur un état stable, sur de un grand nombre de cellules extraites à des points variés de différents organes. Pour étudier la dynamique de l’absorption de cellules dendritiques, et le processus de maturation au niveau de la cellule unique, nous proposons ici de réaliser une plateforme in-vitro basée sur la microfluidique, qui va mettre en œuvre des processus pertinents, sous contrôle, avec une capacité d’analyse à la fois microscopique et biochimique.


Séparation électrocinétique et microfluidique diphasique pour l’analyse de biomarqueurs

Equipes :
MMBM
Porteurs du projet :
Stéphanie Descroix, Laurent Malaquin, Jean-Louis Viovy
Année d'obtention :
2012

Le développement des nouvelles méthodes dédiées à la quantification des biomarqueurs dans le but d’améliorer les diagnostics médicaux actuels est toujours un défi passionnant. L’objectif de ce projet est de développer l’intégration d’une plateforme pour faire l’analyse multimodale de biomarqueurs à des niveaux ultra-sensibles. Le système intégrera en particulier une haute résolution électrophorétique combinée avec une compartimentalisation par microfluidiques biphasiques. Cette compartimentalisation permettra leur quantification ultérieure à l’aide de gouttes immunologiques. Ce projet sera validé par la détection précoce de biomarqueurs pour les maladies neurodégénérescentes, notamment la maladie d’Alzheimer.


Micromélange acoustique ultrarapide et applications

Equipes :
MMN
Porteurs du projet :
Patrick Tabeling
Année d'obtention :
2012

Une équipe pluridisciplinaire, composée d'experts en acoustique (M. Tanter, O. Couture), microfluidique (P. Tabeling, F. Monti), et chimie organique (J. Cossy, S. Arseniyadis), mettent en commun leurs efforts pour inventer une méthode permettant le micromélange ultrarapide de réactifs in vitro (dans des systèmes microfluidiques) et in vivo. La méthode consiste à disperser des réactifs dans des gouttes submicrométriques, que l'on encapsule dans des gouttes de perfluorocarbone. L'application d'une onde ultrasonore focalisée vaporise le perfluorocarbone, et expulse, en quelques μs, les réactifs vers la phase externe où ils se mélangent, dans des conditions isothermes. On pense pouvoir mélanger les réactifs sur des temps inférieurs à la centaine de μs, gagnant ainsi un ou deux ordres de grandeurs par rapport aux méthodes de micromélange les plus rapides publiées dans la littérature. Il s'agit là d'une rupture, donnant naissance à une nouvelle génération de micromélangeurs. Les applications sont nombreuses : délivrance in-vivo de médicaments et de précurseurs médicamenteux, mesure de cinétiques chimiques, analyse de dynamiques conformationnelles etc... Dans le projet, nous nous focalisons sur les applications dans le domaine de la délivrance in vivo de médicaments et de précurseurs médicamenteux.


32 projets.