Equipe Micro et Nanosystèmes

Biocapteur et interaction onde/vivant

Les microdispositifs à ondes élastiques de surface permettent de stimuler, caractérise, détecter des cellules humaines saines et tumorales. Pour cela, des modèles numériques sont développés afin de mettre en évidence les interactions onde/fluide biologique (échauffement, mixing, etc.) et de déterminer les paramètres primordiaux des dispositifs (nature des matériaux, fréquence, puissance, bandgap des structures phononiques, modes de vibration, etc.).

Deux étapes suivent :

• L’étude du comportement des cellules sous l’influence d’une excitation mécanique. La mécanobiologie est une thématique émergente dans l’équipe et vise à quantifier et comprendre comment les cellules réagissent aux forces mécaniques en fonction de la fréquence des ondes, de la puissance et de la dose. Une meilleure compréhension des processus impliqués (modification de viscoélasticité, de structure du cytosquelette, du module de cisaillement, etc.) permettrait de faire un diagnostic précoce en dissociant cellules saines et tumorales et d’envisager des traitements médicaux de type régénération tissulaire, par exemple.
   
• Le développement de différents systèmes (piliers phononiques, multifréquences, piégeage magnétique) afin d’exacerber la sensibilité et de sonder à différentes profondeurs pour caractériser le fluide biologique en présence de cellules.

Projet :

• PHC CNRS France/Taïwan 2019-2022
• Institut Carnot-ICEEL + FEDER (CAP-MAT): 2020-2021
• PHC Hibiscus France Malaisie 2020-2022
• International Emerging Action (IEA CNRS) IJL-UCSD, California, USA

Thèses :

• CNES / Université de Sherbrooke (Canada), co-tutelle, Jérémy Bonhomme, 2017-2020
• Bourse ministère - Université de Lorraine, Lucile Olive, 2018-2021
• CONACYT / Université de Sherbrooke (Canada), Pedro Alerto Segura Chavez, 2017-2022
• Bourse Gabon, Doll Spencerh Bidouba Sanvani. 2019-2022

Micro-capteurs et instrumentation

L’équipe développe des microcapteurs à ondes élastiques, passifs, interrogeables à distance et miniatures pour un large spectre d’applications, en privilégiant l’industrie 4.0, la santé des structures (SHM) et les applications biomédicales. Pour répondre à une problématique donnée et selon les grandeurs à mesurer (température, contrainte, pression, champ magnétique, …), elle mène des travaux allant du développement de matériaux fonctionnels et innovants, jusqu’à l’intégration du transducteur dans un système communiquant en passant par l’étude, la réalisation et la caractérisation. L’antenne embarquée est également optimisée pour répondre aux contraintes d’adaptation, d’encombrement et des conditions de fonctionnement.
Ces microcapteurs sans électronique ni énergie embarquée sont particulièrement attrayant pour des utilisations en environnements hostiles (hautes températures, milieux corrosifs, milieux radiatifs, etc.), sur des pièces tournantes ou à accès très limité, ou encore sur le corps humain (« tatouages électroniques »).

Projets :

• ANR PRC WSSTITWIN : 2020-2023
• Institut Carnot-ICEEL + FEDER (CAP-MAT): 2020-2022
• ANR JCJC SAWGOOD : 2018-2022
• ANR PRC Immunanocaps: 2016-2020
• Institut Carnot-ICEEL 3less: 2018-2019
• ANR PRCE SALSA : 2015-2019
• ANR PIA2 Impact 2016-2020: Nanomaterial for Sensors (N4S)
• PHC Amadeus France-Autriche (IJL-CUAS) 2022-2023

Thèses :

• Florian Bartoli (Bourse CentraleSupélec), soutenue le 5 avril 2019
• Harshad Mishra (Bourse ISITE LUE N4S), soutenue le 18 novembre 2019
• Cécile Floer (Bourse DGA), soutenue le 20 novembre 2019
• Prince Mengue (Bourse Gabon), soutenue le 16 juin 2022
• Baptiste Paulmier (Bourse DGA-Pôle M4), 2019-2022
• Jordan Maufay (Bourse ISITE LUE internationale), 2019-2022
• Ulrich Youbi (Bourse Gabon), 2021-2024

Polymères et nanocomposites piézoélectriques pour microcapteurs

L’équipe fabrique des films souples dotés d’excellentes propriétés piézoélectriques. Elle maîtrise par ailleurs très bien les polymères PVDF et P(VDF-TrFE) avec ou sans nanocharges conçus grâce aux microtechnologies « salle blanche ». Ces deux facteurs ont permis le développement d’un capteur de vibration intégré dans un dispositif d’assistance à la chirurgie de l’oreille moyenne. Ce capteur est basé sur une membrane piézoélectrique souple nanocomposite qui permet de tester la transmission des ondes élastiques le long de la chaîne ossiculaire.
Dans le domaine des polymères et nanocomposites, les travaux s’appuient sur des collaborations de longue date (Memorandum of Understanding 2013, renouvelé en 2018, avec l’Université Mahatma Gandhi, Kerala, Inde), notamment le Pr Sabu Thomas, référence mondiale en matière de nanocomposite polymère (indice h : 106). Une des pistes d’études collaboratives initiée est la promotion de l’éco-conception et l’utilisation des matériaux naturels. De nombreux projets scientifiques communs ont été développés depuis 2017, notamment dans le cadre du PICS CNRS NASA (2017-2019) puis de l’IRP CNRS APONAMA (2022-2026).

Projets :

• Programme International de Cooperation Scientifique (PICS) CNRS Inde NASA (2017-2019)
• International Research Partnership (IRP) CNRS Inde APONAMA (2022-2026)
• Programme Indien SPARC : « Bio-filler-Interfaced Electrospun PVDF Hybrid Piezoelectric Generator for Mechanical Energy Harvesting » (2019-2023)
• 2 programmes ISITE-LUE Professor@Lorraine des Pr Sabu Thomas (2018-2022) et du Pr Nandakumar Kalarikkal (2019-2022)

Thèses :

• Bicy KOTTATHODI    (Bourse indienne), soutenue le 13/01/2020    
• Sunija SUKUMARAN (Bourse ISITE LUE N4S) soutenue le 30/08/2021    
• Thibault TRICARD    (LUE, projet exploratoire Orthosis4D) soutenue le 8/04/2022
• Maïté FERNANDES TRONCO (Thèse LUE Internationale) : 2021-2024
• Sreelakshmi MOOZHIYIL PURUSHOTHAMAN (Thèse CEFIPRA) : 2022-2025

Elaboration

• Élaboration et caractérisation de matériaux fonctionnels, notamment piézoélectriques et en couches minces, cristallins et polymères, pour la réalisation de microdispositifs à ondes élastiques ou autres
   
• Fabrication de capteurs à ondes élastiques de surface (température, champs magnétique, contraintes et déformations, pression, etc.). La spécificité du capteur est apportée par l’utilisation de structures multicouches incluant des films fonctionnels judicieusement sélectionnées et élaborés

Caractérisation

• Piézométrie, propriétés élastiques par spectrométrie Brillouin
   
• Caractérisation d’antenne et de micro-capteurs en chambre anéchoïque RF (400 MHz- 9GHz)
   
• Caractérisation RF de capteurs à ondes élastiques de surface:
  - en température jusqu’à 600°C sous pintes RF et jusqu’à 900°C si packagée
  - sous champs magnétiques
  - sous contraintes
  - en pression 10^-6 Torr à 10⁴ Torr

Transfert technologique

• Dispositif d’Aide au Monitoring per-opératoire dans la Chirurgie de l’Oreille Moyenne (DAMCOM) : en cours avec la SATT Sayens
   
• Projet Maturation NanoCaps en cours

Enseignants-Chercheurs

• Thierry AUBERT
• Omar ELMAZRIA
• Cécile FLOER
• Sami HAGE ALI
• Didier ROUXEL
• Frédéric SARRY

Personnels d'appui à la recherche

• Hamid M'JAHED
• Stefan MC MURTRY

Doctorants

• Léna Cassandra ABEGUE MBA
• Clémence BISCARA
• Maïté FERNANDES TRONCO
• Laurine MEISTERSHEIM
• Jessica MONALDI
• Sreelakshmi MOOZHIYIL PURUSHOTHAMAN
• Freddy NZE
• Kevin RIZK
• Michael SEYFRIED
• Ulrich YOUBI

Post-doctorants et CDD

• Ibrahim CINAR
• Pierre-Souhaïl JELTIRI