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Actions financés en cours

Les projets 2021

OptoPolySeq

Les nanopores sont présents dans le monde biologique où ils assurent différentes fonctions critiques (contrôle de la pression osmotique cellulaire, criblage et remodelage de protéines, signalisation transmembranaire). Ils peuvent aussi être générés à partir de membranes de différents matériaux synthétiques. Ce projet entend suivre la translocation au travers de nanopores de polymères synthétiques afin de développer une plateforme expérimentale originale pour leur caractérisation à l’échelle de la molécule unique.

Fabio

Développement de méthodes rapides de chimie quantique pour la conversion de la biomasse aux interfaces métal/eau
Les simulations moléculaires décrivent la réactivité aux interfaces solide/liquide de manière très détaillée. Ces interfaces sont particulièrement importantes pour la conversion de la biomasse. Dans Fabio, nous allons développer la DFTB pour décrire les interfaces platine/eau/molécules organiques. La DFTB devrait fournir un bon compromis entre le coût de calcul et la précision par rapport à la théorie fonctionnelle de la densité et aux champs de force, respectivement.

Hexalight

L'objectif principal du projet hexalight est de comprendre les propriétés d’un matériau semiconducteur original et assez peu connu : le (Si)Ge en phase cristallographique hexagonale. Nous voulons démontrer que son efficacité d'émission lumineuse en fait un concurrent sérieux dans le domaine de la photonique silicium. Pour ce faire, nous allons épitaxier du (Si)Ge hexagonal en utilisant des nanofils GaAs wurtzite comme template, étudier les propriétés fondamentales de ce matériau et réaliser un laser dans un nanofil GaAs/(Si)Ge aux longueurs d'onde telecom.

Les projets 2020

GELLY

Le but du projet GELLY est de comprendre et de contrôler les mécanismes microscopiques qui gouvernent la transition d’un gel vers un liquide sous l’effet d’un stimulus mécanique ou chimique. Nous construirons un dispositif permettant de soumettre des gels à une irradiation lumineuse, un signal électro-chimique, des ultrasons de puissance ou encore un cisaillement mécanique. Nous visualiserons simultanément la structure microscopique de ces gels par microscopie confocale et nous collecterons des informations à l’échelle moléculaire par spectroscopie.

EN-CAS

Le projet EN-CAS a pour objectif d’utiliser le concept d’exsolution redox pour concevoir des nanostructures innovantes de catalyseurs. L’exsolution redox consiste à faire émerger des nanoparticules métalliques depuis le volume d’un oxyde pérovskite jusqu’à sa surface sous l’effet d’une réduction chimique ou électrochimique. Nos recherches se focaliseront sur l’émergence de nanoparticules de Ni dans l’optique de substituer les métaux nobles dans les procédés catalytiques.
 

GOODVIBE

La fonctionnalisation sélective de liaisons inertes carbone-hydrogène (C-H) représente un challenge majeur dans le domaine de la catalyse. Ce projet interdisciplinaire a pour ambition d’explorer une nouvelle approche pour l’activation sélective de liaisons C-H par les métaux de transition. Nous proposons d’étudier l’influence d’une excitation vibrationnelle sélective d’une liaison C-H, par irradiation à une longueur d’onde spécifique avec un laser infrarouge, sur la sélectivité des processus d’activation C-H par les métaux de transition
 

OPTO-PYRO

Le projet OPTO-PYRO cherche à utiliser des optiques non linéaires pour le déclenchement d'événements pyrotechniques. Grâce à une collaboration unique de chimistes et de physiciens, nous introduirons et examinerons un nouveau mécanisme d’activation, par lequel un explosif secondaire est déstabilisé par transfert d'électrons photo-déclenché par absorption multiphotonique (MPA). L’étude mécanistique du processus MPA des matériaux énergétiques et la décomposition sont notre objectif de recherche fondamental. L'utilisation de MPA pour le déclenchement (potentiellement en présence de nanoparticules pour l’exaltation plasmonique) permettrait le remplacement des dispositifs de détonation primaires, en utilisant des matériaux moins sensibles, dépourvus de métaux lourds hautement toxiques.

POCOYO

Un nouveau microscope à force atomique (AFM), capable de réaliser des mesures multiparamétriques à l’échelle nanométrique et en temps réel, via un mode de fonctionnement spécifique appelé « data cube* », s’ajoutera aux équipements du CLYM**. L’objectif ultime du projet POCOYO est de développer des expériences AFM in operando, pour obtenir des « cubes de données » multidimensionnels (mesure sur le même pixel de propriétés mécaniques, électriques, magnétiques, voire relations chimie-structure) en réponse à des stimuli externes.

*Functional Imaging with Higher-Dimensional Electrical Data Sets, P. De Wolf et al., Microscopy Today 26, 18 (2018)
**Consortium Lyon Saint-Etienne de Microscopie (FED 4092), https://www.clym.fr/

Tout cela sera possible grâce au soutien du LABEX iMUST et des partenaires du consortium POCOYO (INL UMR 5270, MATEIS UMR 5510, iLM UMR 5306, IMP UMR 5223, LAMCOS UMR 5259, LGEF EA 682 et la fédération CLYM).
 

Figure. Topographie (en bas), adhésion (centre) et module de raideur (en haut) determinés simultanément sur un film de polyoxide d'éthylène employant le mode PFQNM® avec un microscope Icon Bruker de prêt pour tests (INL, résultats non publiés). Taille de l’image : (1µmx1µm)

MASCARA

Le projet MASCARA vise à faire l’acquisition d’une expérience de diffusion de rayons X aux petits angles moderne et automatisée pour la caractérisation aux échelles colloïdales (1-500 nm) de nanoparticules ainsi que de leurs assemblages. Cet équipement permettra d’étudier une grande variété de systèmes allant des composites nanoparticules-polymères aux catalyseurs en passant par des nanoplaquettes semi-conductrices avec une grande flexibilité et facilité d’utilisation.



Les supports de thèses 2021

Sabrina Grenda - LMI/ILM

L'objectif de la thèse est de développer des matériaux moléculaires multifonctionnels métal-organiques couplant des propriétés magnétiques et de transport (conductivité électrique). Le projet de thèse comprend la synthèse de ligands de type borazines substituées par des radicaux nitroxyde qui seront ensuite complexés avec des ions métalliques magnétiques (3-5d ou 4f). Nous attendons de ces architectures des propriétés ferri- ou ferromagnétiques et conductrices par délocalisation des électrons des radicaux sur le cœur borazine. Les composés seront caractérisés structuralement par diffraction des rayons X et leur propriétés magnétique et électrique seront étudiées en s’attachant à comprendre les relations avec la structure de ces systèmes.

 

Morgane Zimmer - INL/IMP

L'objectif de la thèse est de développer de nouveaux procédés éco-responsables et adaptés à la production industrielle pour la fabrication de systèmes microfluidiques permettant l'étude de sphéroïdes. La première phase du projet comprend l'utilisation de biopolymère, tel que le chitosan, fonctionnalisé ou non, en association avec d'autres biopolymères ou molécules naturelles, pour former des structures microstructurables et étanches. La seconde phase du projet consiste à apporter des propriétés d'aimantation permanente à ces structures par incorporation de nanoparticules magnétiques organisées sous champ magnétique. Enfin la dernière phase du projet sera la réalisation d'un système microfluidique comportant un canal magnétique permettant la séparation sélective de cellules, et une micro-chambre de culture perfusée permettant l'étude de sphéroïde en environnement controlé.
 

Mathias Desseaux - LMI/ILM

L’objectif de la thèse est de proposer de nouvelles investigations expérimentales et modélisations thermodynamiques pour les diagrammes d’équilibres entre phases de différents systèmes binaires Magnésium – Métaux de transition (Mg-X ; X = Fe, Mn …).
D’abord, la thèse se focalisera sur l’étude Haute Température (HT) de ces systèmes binaires. Notamment sur les lacunes de miscibilités Liq-Liq, peu étudiées expérimentalement jusqu’ici.
Ensuite, une étude sous Haute Pression (HP) sera réalisée en collaboration avec l’ILM à travers l’utilisation du parc expérimental proposé par la PLECE.
Enfin, les données expérimentales acquises seront utilisées pour une modélisation thermodynamique (CALPHAD) avec les variables pression et température.
 

Les supports de thèses 2020

Arne Bahr - LPENSL/LCENSL

Un spectromètre de résonance magnétique identifie et caractérise des espèces paramagnétiques, généralement en mesurant l’émission ou l’absorption de micro-ondes par leurs spins. Ceux-ci étant faiblement couplés aux micro-ondes, cet outil ne peut être utilisé que pour des échantillons suffisamment concentrés. Créer un détecteur basé sur des circuits supraconducteurs, comme développés par le groupe Circuits Quantiques du laboratoire de Physique à l’ENS de Lyon permet d’augmenter considérablement la sensibilité de la détection. Cela rend possible l’étude d’échantillons produits en petits volumes, comme les sondes moléculaires diamagnétiques développées par le groupe Chimie-BioOrganique du laboratoire de Chimie à l’ENS de Lyon, et permettra possiblement d’améliorer notre compréhension de ces structures.
 

Pauline Bregigeon - AMPERE/ILM

Le sujet de thèse consiste à développer un dispositif permettant la culture, le traitement par électroporation et le suivi de sphéroïdes de taille et de forme contrôlées, ainsi que l'acheminement des milieux et réactifs nécessaires à ces opérations. Ceci implique notamment l'étude du transport fluidique au sein d'hydrogels microstructurés et des effets des impulsions de champ électrique sur les sphéroïdes. Ces effets seront caractérisés par spectroscopie d'impédance et par microscopie confocale et l'ensemble de ces résultats seront exploités pour la mise au point d'un bioréacteur intégré par technologie plastronique 3D. Ce dispositif permettant de manipuler plusieurs centaines de sphéroides en parallèle pourra être utilisé à terme afin d'évaluer in vitro l'efficacité de divers traitements basés sur l'électroporation, tels que l'électrochimiothérapie et la thérapie génique par électrotransfert d'ADN.
 

Louis Combe - ILM/MATEIS

Nous étudions expérimentalement le cisaillement lent d’un milieu granulaire compressé, où l’énergie s’accumule continuellement dans la structure du milieu, et est libérée par des réorganisations soudaines et intermittentes, appelées avalanches. Une approche combinée de mécanique de la rupture, physique statistique et intelligence artificielle va permettre de mieux comprendre la dynamique des avalanches catastrophiques.
 

Camille Zoude - MATEIS/CETHIL

Stockage d’énergie thermochimique dans des composites architecturés céramiques-sel hygroscopiques
Le stockage d'énergie thermochimique est une technique d'avenir pour stocker l'énergie thermique intermittente (d'origine solare par exemple). Il est basé sur l'hydratation et la déshydratation de sels hygroscopiques. Hors, aux cours des cycles d'utilisation, l'efficacité des dispositifs de stockage décroit, en particulier à cause d'une agglomération incontrôlée des sels.
Ce projet de thèse vise à proposer des matrices céramiques poreuses, à même de piéger de très grandes quantités de sels tout en évitant leur aggolmération, et donc à augmenter l'efficacité et la durée de vie des systèmes de stockage d'énergie thermochimique.
 

Laura Vanessa Reyes Villamizar - LGPC/IRCELYON

Dans le cadre de la bioraffinerie et de la production à long terme de matières premières à partir de ressources renouvelables, ce projet vise la conception et la mise en œuvre d'un procédé de distillation réactive pour la récupération des acides carboxyliques issue de la liqueur noire. Dans cet objectif, des catalyseurs solides acides à base d'oxydes mixtes seront préparés, caractérisés et mis en œuvre dans des réacteurs de type cuve agitée et dans une colonne de distillation à l'échelle laboratoire.
 

 
 

Les stages d'innovations 2021-2022


INL - Master 2 in Chemistry or in Nanoscale engineering 3rd year students from Ecole Centrale de Lyon (Bio-Engineering and Nanotechnoly option)

Le cancer du pancreas est un défi majeur pour les oncologues à cause de son pronostic défavorable et des possibilités de traitement limitées. La chimiothérapie est peu efficace à cause de la faible diffusion des molecules cytotoxiques vers les cellules cibles, dûe d’un environnement tumoral particulièrement dense. En collaboration avec l’Assistance Publique-Hôpitaux de Paris (AP-HP), nous proposons d’étudier l’influence de plusieurs stimuli physiques pour altérer localement les propriétés du tissu tumoral et ainsi faciliter la pénétration des agents anti-cancéreux. Les nanoparticules (NPs) à base d’or possèdent un effet photothermique qui permet par exemple d’améliorer l’efficacité des agents chimiothérapeutiques sur les cellules cancéreuses qui sont plus sensibles à la chaleur que les cellules saines.
L’étudiant en stage de Master travaillera sur ce projet en collaboration avec 3 laboratoires du Labex iMUST: l’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), l’Institut Lumière Matière (ILM) et le Laboratoire Ampère. L’étudiant synthétisera différentes nanostructures d’or (nanobâtonnets, coeur-coquille) présentant une absorption dans le proche infrarouge, une région spectrale dans laquelle l’absorption et la diffusion des tissus biologiques est minimale. Ces nanostructures seront étudiées in vitro sur des cultures cellulaires 2D et 3D (sphéroïdes). Un dispositif développé actuellement par Ampère et l’ILM pour l’électroporation de sphéroïdes sera utilisé dans cet objectif. Il permet la culture de centaines de sphéroïdes de tailles et formes identiques dans un hydrogel microstructuré et un remplacement facile du milieu de culture en évitant les étapes de manipulation des sphéroïdes. La pénétration et la distribution des NPs dans les cellules sera quantifiée par microscopie optique et corrélée à l’efficacité thérapeutique. En particulier, les NPs d’or seront détectées par photoluminescence excitée à deux photons en utilisant le microscope multiphotonique de la plate-forme NanOpTec.

ILM - Master 2 Nanoscale Lyon, Phelma Grenoble - Pulsed Laser Deposited microstructures for integrated optics

« Développement de microstructures à base de couches déposée spar laser pulsé pour l'optique intégrée »
 
Dans ce projet, nous souhaitons développer de nouvelles microstructures intégrées sur des substrat en Si réalisées par décollement (lift-off) de couche déposées par laser pulsé. Le dépôt par laser pulsé (PLD) est une technique de croissance de couches de haute qualité couramment utilisée pour de nombreuses applications en optique [1,2]. En PLD, un faisceau laser pulsé intense est focalisé à travers une fenêtre optique sur une cible sous vide. Si la cible absorbe suffisamment d'énergie, l'interaction laser-matériau conduit à la formation d'un plasma qui peut se déposer sur le substrat face à la cible. Cette méthode présente l'avantage que les molécules atteignant la surface ont une énergie pouvant dépasser l'énergie thermique ce qui permet d'envisager des mise en forme par décollement pour une micro-structuration rapide et précise sans gravure. Récemment, nous avons montré que les guides d'ondes Y2O3:Eu3+ peuvent être fabriqués en combinant PLD et décollement [4]. Sur la base de ces résultats, nous voulons maintenant développer un convertisseur de longueur d’onde en terres rares directement intégré au-dessus de guides d'ondes à base de SiN. Pour ce stage, le candidat sera en charge de l'étape de lithographie dans la salle blanche NanoLyon gérée par l'Institut des Nanosciences de Lyon (INL) et de la croissance PLD à l'Institut de la Matière Lumière (ILM). Les différents paramètres de croissance, de conception et de lithographie seront étudiés afin de développer les convertisseurs de longueur d'onde en circuit intégré. Les dispositifs fabriqués seront mesurés principalement par microscopie électronique à balayage, photoluminescence et mesure d'absorption. Ce stage pourra être poursuivi par un travail de thèse.
 

[1] Abdellaoui N, et al.. Nanotechnologie. 2015. https://doi.org/10.1088/0957-4484/26/11/115604

[2] M. Jelinek et al. Physique laser 2009 https://doi.org/10.1134/s1054660x090220194

[3] https://ilm.univ-lyon1.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=217

[4] Gassenq A, et al. Optique Express 2021. https://doi.org/10.1364/OE.416450

IMP - Master 2 Chimie et Sciences des Matériaux - Nanostructuration of epoxyde networks by H-bonding block copolymers


Thanks to their outstanding properties, thermosetting polymers such as epoxy-based systems find applications in numerous industrial sectors (aeronautics, electronics…). The scope of this category of polymer materials is however hampered by their brittle character when highly crosslinked. To improve damage tolerance of thermosets with limited loss in thermomechanical properties (stiffness, Tg), polymerization-induced phase separation techniques involving rubbery materials have become popular strategies. To favor energy dissipation and restrain crack propagation in the material, the control of the morphology and the design of well-ordered nanostructures have been shown to be of paramount importance. In this context, amphiphilic block copolymers (BCP) made of one block with rubbery characteristics and a second one which remains miscible with the epoxy system in the course of the network formation (to prevent macrophase separation) constitute excellent candidates as rubber-toughening agents in epoxy-based networks. Whereas many BCP systems have been reported in epoxy-based systems¹, toughening strategies involving BCP promoting both i/ generation of phase-segregated rubbery nanodomains and ii/ (in these domains) the reversible formation of supramolecular assemblies (i.e. H-bonding groups) remain unexplored.
In this context, the main objectives of this internship will be i) to synthesize a series of well-defined BCPs with a H-bonding rubbery block and an epoxy-miscible block by RAFT polymerization, ii) to employ these BCPs to generate nanostructured epoxy thermosets with different morphologies and iii) to evaluate how (macro)molecular parameters (block copolymer composition, block copolymer content, nature and number of H-bonding motifs, morphology) impact mechanical properties (especially toughness) of the resulting polymer networks in order to optimize the properties of the thermosets.

¹a) M. A. Hillmyer, P. M. Lipic, D. A. Hajduk, K. Almdal, F. S. Bates J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2749-2750. b) Rebizant, V.; Venet, A.-S.; Tournilhac, F.; Girard-Reydet, E.; Navarro, C.; Pascault, J.-P.; Leibler, L. Macromolecules 2004, 37, 8017−8027.c) S. Chen, P. Alcouffe, A. Rousseau, J-F. Gérard, F. Lortie, J. Zhu, J. Bernard. Macromolecules 2021, 37, 8017−8027.

Les stages d'innovations 2020-2021

LAMCOS - Master 2 of Mechanics or applied Mathematics - Towards real time topology optimization of architectured materials

Architectured materials are artificial composites possessing specific properties obtained thanks to adequate topology or morphology designs. They are given high attention in many industrial applications (aeronautic, biomedical, building, vehicles, …) thanks to their enhanced performances. Topology optimization gives a practical way to distribute the material within a design domain and thus achieve the optimized performances. Such materials can be easily manufactured using 3D printer. The high power resolution of the recent 3D printers allows to achieve billion voxels design of architectured materials opening so the possibility to develop materials with original microstructures. However, the algorithms usually used for topology optimization reach their limits when scaling with small microstructures sizes. Moreover, running many computations for parametric studies (e.g. specific case optimization) still remains a challenging issue for many engineering applications. To handle this issue, real time original strategies are combined with multiscale topology optimization. At the offline step, a database of optimized architectured materials is built, it is then called at the online step for real time and rapid topology optimization without any need to rerun the topology optimization process.

IMP - Master 2 Matériaux Innovants pour la Santé, le Transport et l'Energie - Bio-based ionic membrane

Single-ion electrolyte membranes are materials having numerous applications for energy (fuel cells, flow battery, metal-ion batteries and (super) capacitor) and environmental technologies (wastewater treatment). The most common membranes are based on perfluorosulfonated or aromatic ionomers (polymers bearing a small fraction of ionic groups), resulting into a solid material able to transport counter-ions through a complex nanostructure. Yet such materials are expensive, are not environmentally friendly due to the chemical and solvents employed for their synthesis, and their mechanical and functional properties can hardly be adjusted which strongly constrain the design of technological devices.We recently developed a new methodology to obtain ionic membranes by processing biobased materials in water. The goal of this internship is to investigate the technological potential of such approach.
 

LMFA - Master 1 ou Master 2 with a strong component in fluid mechanics - Stenay spreading of surfactant-covered particles on a liquid-liquid interface

Le comportement de particules piégées à un interface liquide-liquide est un problème complexe car il implique plusieurs mécanisme de répulsion ou attraction entre grains. Ce projet exploratoire a pour but d'étudier expérimentalement la dynamique d'étalement de grains "pollués" par un surfactant à un interface eau-huile. Le/la stagiaire se concentrera sur la mesure de la vitesse radiale à l'interface.