Nanomatériaux, nanofluidique et instrumentation distribuée pour la surveillance

Responsable : Aurélien Bancaud
Secrétaire :  Elena Strat

Actualités : Soutenances de Thèse, Soutenances d'HDR
Annonces de Séminaires

 

Science : Technologies : Systèmes : Société

 Multiscale research

 

Notre département scientifique rassemble des théoriciens et des expérimentateurs spécialistes de la physique, de la biophysique, des science des matériaux, de la fluidique et de la technologie aux échelles micro et nano qui collaborent avec des chercheurs circuits / systèmes.

Objectifs des recherches

Nos recherches en NanoIngénierie et Intégration couvrent un large éventail d'activités visant à développer des outils théoriques, expérimentaux et technologiques pour la manipulation, la fabrication, la compréhension et la modélisation des systèmes complexes multi-échelle de différentes natures: molécules, matériaux à l'état solide, liquides, ADN, cellules, capteurs et systèmes. Plus précisément, NS2 a un objectif spécifique : favoriser la collaboration, la recherche interdisciplinaire en sciences et nano-ingénierie pour répondre aux besoins futurs de la société, en particulier : la santé, le bien-être, l'environnement et la sécurité (des personnes fragiles, des biens et des structures).

THEMES et DOMAINES de RECHERCHES

Le département NS2 couvre 3 domaines et se décline en 5 thématiques de recherches

                     Domaines

 

Thématiques

Théorie et modélisation

NanoIngénierie des solides, des liquides et leurs interfaces

Intégration des systèmes intelligents

Modélisation et simulation à l'échelle atomique

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Nano-Ingénierie des fluides et BioMEMS

 

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Nanotechnologie ADN et génomique

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Surveillance de la santé des hommes et des structures

 

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Modélisation et simulation à l'échelle atomique

Cette activité vise à apporter de nouvelles briques méthodologiques pour la réalisation d'une modélisation prédictive via une approche multi-modèles pour la simulation de systèmes complexes tels que les interfaces, les processus chimiques au niveau des surfaces, l'auto-assemblage, les interactions biomoléculaires en général. Une attention particulière est apportée dans l'accompagnement par des expériences dans lesquelles des questions fondamentales doivent être résolues. Deux volets peuvent être mis en avant :

  •      Méthode des modes statiques pour tenir compte des changements de conformation biomoléculaires sous stimuli externes, pour les nanotechnologies de l'ADN et l'oncologie structurale.
  •      Approche couplée DFT-KMC pour la simulation des processus d'oxydation et de réaction (Si, SiGe, nanolaminates Al / CuO, bimétalliques Al / Ni).

 

Nano-ingénierie des fluides et BioMEMS

Nous abordons la nanoingénierie des flux sous trois angles allant de la technologie des flux et leur compréhension jusqu'au développement de dispositifs fonctionnels :

  • Technologie pour la nanofluidique : nous développons une technologie de fabrication à base de polymère et de silicium. Nous avons démontré par exemple la fabrication de nanocanaux à l'échelle d'une plaquette avec un procédé simple de lithographie à décalage de phase.
  • Compréhension et contrôle des flux à l'échelle nanométrique : nous avons caractérisé des flux simples dans des nanocanaux fabriqués qui constituent un modèle de média nanoporeux. Nous avons par exemple contrôlé le remplissage capillaire de canaux de 20 à 100 nm de profondeur. Nous développons aussi une métrologie des flux, basée sur la distribution de la vitesse de nanoparticules dans les canaux de taille micrométriques.
  • Dispositifs fonctionnels: microcanaux pour la manipulation de micro-et nano-objets : nous utilisons notre savoir-faire sur l'écoulement des fluides pour manipuler des objets à l'intérieur des canaux. Par exemple pour la photonique en utilisant des réseaux auto-organisés de microbulles ; et nous développons des dispositifs capables de trier les particules sub-micrométriques dans le domaine des capteurs environnementaux.

 

Nanotechnologie ADN et génomique

Convaincu par le potentiel de cette molécule à la croisée de la technologie et de la biologie, nous développons de nouveaux systèmes fluidiques dédiés à l'analyse de l'ADN in vivo et in vitro, ainsi que pour les biocapteurs à base d'ADN. Nous avons mis l'accent sur ​​trois objectifs principaux :

  • Développer des capteurs à base d'aptamères ciblant la molécule de la thrombine, qui est la protéine clé dans la régulation de l'activité à la fois  pro et anti-coagulante. Les aptamères, qui sont de petites molécules d'ADN simple brin avec un repliement qui permet la liaison aux protéines, ont été choisis en raison de leurs performances comme éléments de détection;
  • Concevoir des dispositifs micro-et nano-fluidique pour la manipulation et l'analyse de l'ADN. Notre quête est d'effectuer une analyse génomique au niveau du chromosome entier, alors que les techniques classiques de biologie moléculaire ont été conçues pour caractériser de courts fragments;
  • Étudier la structure et la dynamique de l'ADN génomique dans la levure vivante avec de nouveaux outils basés sur l'optique et la microfluidique. Notre orientation est de fournir une description physique des propriétés structurales du génome.

 

Surveillance de la santé des hommes et des structures

Nos contributions sont pilotées par les applications et se situent dans 3 domaines en lien étroit avec les industries :

  • SHM pour fournir des structures composites pour les avions, basées sur la sécurité et la fiabilité. Il s'agit de la mise en œuvre de réseaux intelligents de capteurs piézo-électriques collés sur la structure composite capables d'analyser les échos des ondes guidées et électromécanique par variation d'impédance. Cette approche a été transférée aux sociétés Airbus et Ratier.
  • SHM pour le génie civil avec le développement d'une solution innovante pour la surveillance in situ, basée sur une multicouche composite mince et une structure multi-capteurs (température et déformation).
  • HHM dédié à la détection de la fragilité des personnes âgées. Notre travail se concentre sur l'apprentissage d'un comportement de marche (semelle de chaussure intelligente), la détection de chute (patch porté sur entre les omoplates), des changements dans l'activité physique ou le comportement. Ces travaux ont pu être réalisés d'une part dans l'appartement-laboratoire du bâtiment ADREAM pour le développement technique et d'autre part dans la  "Maison intelligente de Blagnac", dédiée aux essais en conditions réelles ; nous avons montré que la miniaturisation sous forme d'un patch souple permet de mieux contoler les phénomènes de transduction. Les méthodes sont basées sur l'apprentissage des comportements et des modifications soudaines de vie. De nombreuses manifestations .

 

APPLICATIONS

  • Qualité de l'eau
  • Personnes âgées, surveillance de la fragilité
  • Domotique
  • Toxicologie
  • Surveillance de la santé des structures pour le génie civil et l'aéronautique