Département Nanosciences

Élaboration de nanomatériaux fonctionnels

Les compétences du département se concentrent en premier lieu sur la synthèse de nanomatériaux pour diverses applications. Ces matériaux peuvent se regrouper en deux catégories :

1. Nanoparticules 

{slide=Nanoparticules superparamagnétiques d'oxyde de fer (SPIONs)}

Les SPIONs sont développées et utilisées pour leurs propriétés magnétiques intéressantes les rendant utilisables comme, par exemple, traceurs en imagerie par résonance magnétique (IRM) ou pour séparer magnétiquement du matériel biologique. Au sein du département nanosciences, ces nanoparticules (NPs) sont fonctionnalisées par des molécules biocompatibles pour diverses applications biomédicales.

• Pour lutter contre les maladies neurodégénératives

Les maladies neurodégénératives ont comme dénominateur commun des dysfonctions mitochondriales et une rupture de l’équilibre RedOx qui peut en partie être due à une surproduction d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) au niveau de la mitochondrie. Pour s’opposer à ces maladies, il n’existe actuellement pas de traitements efficaces. La thérapie ciblée des organites, développée au département est basée sur l’élaboration de SPIONs fonctionnalisées destinées à cibler les mitochondries afin de s’opposer à leurs dysfonctions qui peuvent altérer l’activité cellulaire, réduire la production d’ATP et aboutir à la mort cellulaire.

• Pour cibler des vésicules extracellulaires

Les vésicules extra-cellulaires (EVs) suscitent un intérêt croissant en raison de leur capacité à transférer du contenu biologique entre cellules et ainsi servir de biomarqueurs en diagnostic ou en suivi thérapeutique. Il est cependant très difficile de les cibler car elles circulent dans des milieux très complexes (sang et autres milieux biologiques). Ce projet vise à développer un dispositif acoustofluidique qui séparera une classe spécifique d'EVs modifiées par des NPs hybrides, ceci en utilisant des ondes acoustiques stationnaires de surface qui impactent les particules différemment selon leur taille et leurs caractéristiques physiques. Cette séparation d'EVs est un défi majeur à ce jour, encore non résolu.

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{slide=Micro/nano-cargo inspirés de l'argile}

La mise au point de nouveaux nano-cargos utilisant des matériaux biohybrides (de très faible toxicité) pour le transfert de gènes non viraux constitue une approche thérapeutique prometteuse. Les stratégies basées sur les capacités naturelles d'internalisation/externalisation des cellules de mammifères sont préférables pour limiter la toxicité cellulaire. Dans ce contexte, la sépiolite (Sep) est un candidat séduisant en tant que micro/nanocarrier pour la vectorisation non virale de biomolécules, comme nous l'avons montré récemment. Les procédés Sep présentent également de nombreux avantages par rapport aux nanoparticules alternatives potentielles :

• il s'agit d'un composé argileux naturel formé par la fossilisation des plantes, et donc d'une réponse alternative potentielle aux préoccupations sociétales qui mettent en cause les nanotechnologies.
• il est naturellement abondant et peu coûteux.
• il est biocompatible et a déjà été utilisé dans des applications médicales telles que les biocapteurs ou les échafaudages pour l'ingénierie tissulaire.
• il est classé comme non dangereux et non cancérigène par le CIRC (OMS).
• il peut lier un grand nombre de molécules différentes, avec diverses charges électrostatiques.

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2. Nanostructures

{slide=pour le photovoltaïque}

Le marché des cellules photovoltaïques est dominé à 90% par le silicium cristallin, avec un Rendement de Conversion PhotoVoltaïque (RCPV) proche de sa limite (28%). Le procédé de fabrication est extrêmement polluant et leur coût de fabrication reste élevé ce qui limite son utilisation au niveau du térawatt. Pour remédier à ce problème de coût, est apparue la génération des cellules solaires à couches minces, développées à l’échelle industrielle : le silicium amorphe (a-Si), le tellurure du cadmium (CdTe) et les alliages CuInGaS2 (CIGS) avec un rendement de 23%, supérieurs à ceux de CdTe et a-Si. Pour remédier au problème de toxicité, est développée la technologie kesterite (Cu2ZnSnS4 noté CZTS ou Cu2ZnSnSe4 noté CZTSe) à base de cuivre, zinc, étain et soufre ou sélénium. Cette technologie innovante progresse rapidement mais ses performances sont encore faibles de l’ordre de 10-12%.
Sur la base de résultats précédents novateurs obtenus sur des dispositifs photovoltaïques à base de CZTS tels que l’optimisation d’un procédé par voie liquide peu couteux et optimisé, la compréhension des verrous fondamentaux à lever permettra, lors de ces cinq prochaines années, le développement entièrement écologique, non toxique et économique de ces dispositifs.

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{slide=Nano-sources et nano-assemblage pour la photonique et la plasmonique}

• Nano-sources

Le couplage d'un nano-émetteur avec une structure plasmonique est un des verrous principaux de l'intégration dans des puces photoniques utilisées comme nanocapteurs par exemple. Plusieurs méthodes permettent de positionner une nanoparticule émettrice (quantum dot, nanodiamant) avec une précision d'environ 50 nm. Il reste cependant difficile de contrôler leur orientation ou leur moment dipolaire d'émission. Une solution possible serait d’utiliser des pérovskites sous forme de nanoplaquettes, nanocubes ou nanobatônnets cristallins car il existe une corrélation entre l'orientation des faces et celle du dipôle d'émission. Ainsi, dans cette configuration, nous pourrons établir le lien morphologie-structure-anisotropie d'émission et ouvrir la voie à l'ingénierie de la luminescence de ces objets.

• Nano-assemblages

Nous étudierons de nouveaux énantiomorphes plasmoniques à faible dispersion structurale (taille, forme, cristallinité) dont l’organisation en supercristaux sera contrôlée. Ces nanostructures seront utilisées pour la conception de nouvelles générations de plates-formes de détection chirale basées sur des métasurfaces chirales auto-assemblées. La chiralité plasmonique sera sondée par spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) chirale pour la reconnaissance moléculaire des énantiomorphes mais également par spectroscopie Raman basse fréquence. Cette diffusion permet de sonder la résonance plasmon de surface à travers le couplage des vibrations acoustiques avec le champ électrique à l’intérieur des nanoparticules.
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{slide=membranes 2D nanoporeuses pour le dessalement}

En tant que ressource vitale naturelle, l’eau est un vecteur social, économique et de développement durable. Plusieurs facteurs constituent une menace sur les réserves en eau potable tels que le changement climatique, la surconsommation ou les activités humaines, ce qui génère de grands volumes en eaux usées. Aujourd’hui, il y a un besoin urgent de nouvelles technologies pour la purification de ces eaux contaminées. En ce sens, les nanotechnologies ont le potentiel pour rendre le traitement des eaux plus efficient et moins couteux en proposant des solutions technologiques innovantes comme l’utilisation de membranes nano-filtrantes. La nanofiltration est un procédé de séparation physique qui consiste à utiliser une membrane nanoporeuse (taille de pores comprise entre 0.5 et 2.0 nm) sur laquelle une différence de pression est appliquée pour garantir la rétention de solutés plus gros que les pores de la membrane pendant le transfert du solvant à travers celle-ci.

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MEMBRES

{slide= Permanents}

Cyrille ANDRES (MCF)
Véronique BERARD (MCF)
Julien BOUDON (MCF)
Eric BOURILLOT (MCF)
Denis CHAUMONT (MCF)
Thierry DAVID (MCF)
Patrice DELARUE (MCF)
Alain DEREUX (PR)
Eric FINOT (PR)
Michaele HERBST (AI)
Françoise LEBRUN (T)
Aymeric LERAY (CR)
Eric LESNIEWSKA (PR)
Laurent MARKEY (IR)
Lionel MAURIZI (CR)
Nadine MILLOT (PR)
Adrien NICOLAI (MCF)
Olivier PIETREMENT (CR)
Lucien SAVIOT (DR)
Patrick SENET (PR)

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{slide= Non-permanents}

Adem DAHI
Dorra BEN ELKADHI
Laura CONVERT
Irma CUSTOVIC
William D'ODET D'ORSONNENS
Marie GARNIER
Sylvain HERNANDEZ SABIO
Eduardo HERNANDO ABAD
Célia MARETS
Mélanie ROMAIN
Charif TAMIN
Arielle TCHINDA SONHAPI

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