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.



Alvéole mimétique en microfluidique pour des études mécanistiques de translocation des nanoparticules dans le système respiratoire

Porteurs du projet :
Yong Chen
Année d'obtention :
2017

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.


Microréacteurs plasma gaz-liquide pour la valorisation du CO2

Equipes :
2PM
Porteurs du projet :
TATOULIAN/LESCOT
Année d'obtention :
2017

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.


Nouveaux outils miniaturisés intégrant des supports sélectifs à empreintes moléculaires et ioniques pour l’analyse de composés à l’état de traces en milieux réels

Equipes :
LSABM
Porteurs du projet :
V. Pichon
Année d'obtention :
2017

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.


Exploration statistique des gradients de fitness

Equipes :
LBC
Porteurs du projet :
Clément NIZAK
Année d'obtention :
2016

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.


Etude de l’influence de la réologie interfaciale pour la microfluidique digitale

Equipes :
MMN
Porteurs du projet :
Marie-Caroline Jullien
Année d'obtention :
2016

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.


Formation et propagation de kystes rénaux : étude dans un système multitubes biomimétique

Equipes :
MMBM
Porteurs du projet :
Coscoy S., Descroix S., Demolombe S.
Année d'obtention :
2016

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.


Modèle biomimétique d'un "rein sur puce" pour la nanofiltration

Equipes :
MICROMEGAS
Porteurs du projet :
Lydéric Bocquet
Année d'obtention :
2016

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.


Protoplastes de plantes sur puces : cellules, polarité et ontogenèse

Porteurs du projet :
J. Fattaccioli – JC Palauqui
Année d'obtention :
2016

Because a cellulosic wall encases plant cells, plant morphogenesis cannot rely on cell migration inside the organism: differentiation of a plant cell thus depends more on its spatial positioning within the tissue than its clonal origin. In addition to mechanical and chemical constraints, cells experience hormonal and metabolic fluxes that can be both inhomogeneous and polar, and drive differentiation. The understanding of the influence of these parameters on the fate of cells during plant development is crucial and necessitates the design of monitoring and observation techniques with a high spatio-temporal resolution. The aim of the project is hence to develop a microfluidic device as a tool to explore and decipher the synergetic role of various external constraints on the development of individual protoplasts: mechanical confinement, presence of a polarized flux of differentiation signals.


Développement d’un laboratoire sur puce pour la protéomique intégrant focalisation isoélectrique, digestion enzymatique et détection par spectrométrie de masse

Equipes :
SEISAD
Porteurs du projet :
A. Varenne, MC Jullien
Année d'obtention :
2016

In the context of proteomics, there are still thousands of novel proteins to discover. Whereas classical protocols need various time consuming off-line steps, we propose herein to design an integrated lab-on-a-chip that will perform isoelectric focusing followed by protein digestion and finally mass spectrometry (MS) characterization. It will consist in (1) separating the proteins in function of their isoelectric point, (2) incorporating the focused protein zones into droplet microreactors including a digestive enzyme, (3) transferring the digested protein droplets into MS, either via a MALDI plate or an integrated ESI interface for MS. The development of such a lab-on-a-chip will bring a new path for proteomic sciences by proposing a rapid, on-line and low sample consuming protein characterization method.


Capsules hybrides d’hydrogels pour la culture cellulaire 3D

Equipes :
LCMD
Porteurs du projet :
Bremond
Année d'obtention :
2015

Le LCMD a récemment développé une nouvelle stratégie de formation de capsules d’hydrogel à cœur liquide compatibles à la culture de cellules. L’utilisation de la technologie microfluidique permet une production en masse de ces compartiments et ouvre la voie vers des applications de criblage de tissus. L’objectif final du projet est d’amener la technologie à un tel niveau d’accomplissement qu’elle devienne un outil polyvalent et accessible pour la culture cellulaire en 3D dans des laboratoires de biologie, aussi bien académiques qu’industriels. Le succès de ce nouvel outil pour la culture cellulaire repose sur la possibilité d’implémenter une structure multicouches composées de bio-polymères, de diminuer la taille des capsules et enfin d’élaborer des stratégies microfluidiques pour manipuler les capsules et ainsi sonder en parallèle le devenir de nombreux tissus ou organoïdes in-vitro.


47 projets.