Résultats AAP PSiNano

Manipulation et Analyse eLectrIque de Vésicules Extracellulaires

Les vésicules extracellulaires (VEs) sont porteuses de grands espoirs en thérapeutique comme en diagnostic. Toutefois leur potentiel ne peut être totalement exploité sans le développement de nouvelles technologies adaptées à leur isolement, tri et caractérisation fine. Le projet vise à explorer un nouveau domaine interdisciplinaire s'appuyant sur la physique, la chimie analytique et la nanomédecine, afin de développer de nouveaux concepts microfluidiques ou miniaturisés d’isolement et de caractérisation des VEs. Des puces microfluidiques utilisant à bon escient la polarisation électrique, la conduction électrique et la charge de ces nano-vésicules destinées à contenir/encapsuler des biomolécules thérapeutiques, seront conçues. Le premier but est de trier les VEs en fonction de la conductivité et permittivité de leur contenu ainsi que leur taille et d’isoler des sous-populations spécifiques de VEs. La miniaturisation des dispositifs est une nécessité, du fait de la taille nanométrique de ces VEs, afin de générer les forces suffisantes pour leur manipulation, et extraire des signaux mesurables pour leur caractérisation. Notre deuxième objectif sera de concevoir un couplage en ligne entre l’électrophorèse capillaire et la diffusion de Taylor qui permettra de détecter et caractériser la charge et la taille des sous-populations de VEs isolées par l’approche microfluidique proposée.

Capteur quantique reposant sur des centres colorés azote lacune dans des nanopiliers en diamant, pour l’imagerie de l’activité électrique neuronale à haute résolution spatiotemporelle

The propagation of the neuronal electrical signal is well modeled at the millimeter scale by variable conductances. To describe synaptic transmission, which occurs at the micrometer scale, one must add electrodiffusion of charged neurotransmitters into the local electric field E. Comprehensive theory predicts that E depends on synapse shape, which is itself coupled to learning processes in the brain of an organism, but there is no technology to test these predictions by measuring E with the high spatiotemporal resolution necessary for faithful signal recording. The PhD student will develop a quantum sensor of neuronal electrical activity in cultured neurons, exploiting the sensitivity to E of the optically detected spin resonance of nitrogen-vacancy (NV) colored centers implanted in a dense array of diamond nanopillars. This project combines complementary expertise in nanotechnology (C2N lab), quantum properties of NV centers and neurophysiology (LuMIn lab).

Assessing the phase memory time in lanthanide containing molecular qubits

The proposal aims at measuring the intrinsic phase memory times of lanthanide containing molecular magnets using single electron spin resonance spectroscopy. The diluted media (doped single crystals and molecules embedded in silica matrix) will minimize spin-spin interaction. Such study, recently performed on Er(III) ions, has not, to the best of our knowledge carried out on molecular species. The study will allow assessing the viability of lanthanide-containing molecules as qubits for the future development of molecular devices for quantum information.

Preuve de concept de polyoxométallates fonctionnalisés pour la capture de mi-ARN circulants en microfluidique

Le projet PoCPOmiR vise à développer une solution innovante en microfluidique pour détecter des lésions précoces sur organes via des biomarqueurs microARN (miR) circulants. Les trois laboratoires C2N, ICP, et IAL veulent associer leurs expertises et compétences respectives en fabrication de microdispositifs pour le diagnostic biomédical, en synthèse inorganique de sondes rédox à base de polyoxométallates (POM), et en extractions de miR. Le but étant de synthétiser, fonctionnaliser et fixer astucieusement des POM tungstiques de type Dawson et Keggin sur des microélectrodes intégrées dans une architecture innovante de puce microfluidique à multicanaux. Il s’agit donc de faire la PoC d’une approche nouvelle en microfluidique avec des débouchées possibles pour l’électrocatalyse du transport de charge le long du duplex ADN sonde à base de POM et miR. Cette approche est très prometteuse pour l’analyse rapide et la détermination de profils de concentration de miR d’un échantillon biologique pour le diagnostic précoce de pathologies infectieuses.

Création d’une puce microfluidique pour un diagnostic de la maladie de Parkinson

La maladie de Parkinson est la deuxième pathologie neurodégénérative après la maladie d’Alzheimer. Les dépistages actuels font appel à des examens cliniques, mais malheureusement tardifs car cette pathologie est détectée lorsque 50 à 70% des neurones dopaminergiques sont déjà détruits. Ce projet vise donc à mettre au point un test diagnostic très précoce basé sur l’analyse conformationnelle de l’alpha synucléine (aSyn), protéine responsable de cette pathologie. Notre objectif est, pour accéder à ce biomarqueur présent dans les fluides biologiques de miniaturiser notre méthode à l’aide d’une puce micro/nanofluidique permettant l’extraction, et la purification nécessaire à la détection du biomarqueur par spectrométrie de masse couplée à la mobilité ionique. Une collaboration interdisciplinaire entre des physico-biochimistes de notre laboratoire (ICP) et des spécialistes de la nano-fluidique du C2N qui est nécessaire à ce projet est en cours depuis deux ans. Nos premiers résultats démontrent le bien fondé de notre approche.

NANOparticules greffées de polymères bioactifs pour l’étude de l’effet antiBActérien et de la résisTANce microbienne

Suite à la pandémie du COVID-19, l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) s’inquiète d’une autre catastrophe sanitaire majeure liée à une lutte devenue impossible contre les infections aux micro-organismes multi-résistants. Dans ce contexte, les matériaux et surfaces antimicrobiens efficaces pourraient jouer un rôle clé pour empêcher la propagation de ces agents pathogènes, en particulier dans le milieu médical. Ici, nous proposons d’élaborer des surfaces greffées à base de polyionènes (PI) dont la structure chimique sera optimisée pour lutter contre les microbes multi-résistants. L’impact de ces surfaces modifiées sur les microorganismes sera étudié en collaboration avec une équipe de microbiologistes de l’Université Paris-Saclay, sur une gamme de bactéries pertinentes pour le milieu médico-hospitalier. Pour évaluer l’effet des PI sur la résistance, il faut procéder à des études en solution qui sont difficilement compatibles avec des surfaces 2D (problème de décrochage des bactéries). Afin de faciliter ces études, nous proposons de synthétiser des nanoparticules greffées polyionènes.

Caractérisation expérimentale des nanoparticules et des films nanostructurés fabriqués à la flamme pour les développements de la technologie Cfd

La synthèse par pulvérisation de flammes est une alternative prometteuse pour la production à grande échelle de nanoparticules et de films nanostructurés aux caractéristiques précises, grâce à un contrôle approprié des conditions locales auxquelles les particules sont soumises. Pour ce faire, l'utilisation de simulations CFD (computational fluid dynamics) serait d'une grande utilité. Cependant, une base de données expérimentale sur les configurations de flammes académiques est toujours nécessaire pour valider les modèles CFD. Ainsi, dans ce projet, nous considérons une flamme laminaire à co-courant H2/air/TTIP, représentant une application originale de l'hydrogène vert futur. Les particules de TiO2 produites dans la flamme se déposeront par thermophorèse sur une surface, créant ainsi un film mince. En combinant l'expertise de l'EM2C (combustion, CFD de la synthèse de la flamme de nanoparticules) et du SPMS (caractérisation structurelle avancée), nous allons : 1) Caractériser la population de nanoparticules par des mesures ex-situ ; 2) Caractériser les propriétés du film ; 3) Valider les modèles CFD par comparaison avec des expériences pour différentes conditions de fonctionnement.