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Défis technologiques >> Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux
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Chambre fluidique portable de mesure transcutanée dynamique pour l'oxymétrie et la capnométrie

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Systèmes Pour la Personne

simulation/instrumentation physique

SL-DRT-21-0415

rodrigue.rousier@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Le développement des dispositifs médicaux portés sur la personne est un enjeu fondamental et incontournable afin de promouvoir la médecine ambulatoire. La médecine dite « conventionnelle » par opposition à ambulatoire utilise couramment l'analyse des gaz du sang pour évaluer l'efficacité des échanges pulmonaires et diagnostiquer des maladies respiratoires. Elle détecte notamment une modification anormale des concentrations d'oxygène et de dioxyde de carbone du sang artériel allant vers les tissus. Comme cette analyse nécessite une prise de sang c'est donc une méthode invasive et qui n'autorise pas un suivi des concentrations en temps réel. Une alternative à la prise de sang est une analyse des gaz transcutanés, c'est-à-dire la mesure des concentrations des gaz qui diffusent à travers la peau. Cette méthode est non-invasive et garantit un suivi en continu des gaz dans le sang. L'objectif de cette thèse est de développer et d'étudier une chambre fluidique portable instrumentée. Cette chambre mesurera en temps réel les concentrations en oxygène et en dioxyde de carbone qui diffusent à travers la peau. Les travaux consisteront à modéliser les échanges gazeux entre la peau et la chambre fluidique, puis à concevoir et instrumenter la chambre et pour finir à la tester sur un banc gaz. Ce sujet requière une personne très motivée avec des compétences en modélisation, en conception de dispositifs médicaux et en instrumentation.

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Capteurs à ondes élastiques pour la détection biologique de terrain

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Radiofréquences

Engineering or Master degree in micro/nanosystems

01-09-2021

SL-DRT-21-0437

alexandre.reinhardt@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

L'analyse sanitaire des eaux fluviales ou de consommation devient de plus en plus un enjeu de santé publique. Dans ce contexte, le CEA-LETI développe des solutions de capteurs permettant la détection de bactéries dans des échantillons liquides. Parmi les technologies envisagées, les résonateurs électromécaniques à ondes acoustiques paraissent particulièrement prometteurs. Le but de cette thèse consiste à évaluer l'utilisation de ces composants, développés initialement pour des applications de traitement de signaux radiofréquences, pour des applications de détection biologique en milieu liquide. Plus précisément, le sujet de thèse porte sur l'analyse des structures biologiques à détecter, leurs possibles interactions avec l'élément sensible du capteur, et de ce fait les mécanismes de détection qu'il sera possible de mettre en ?uvre. Ceci permettra le dimensionnement de capteurs adaptés, via la sélection du type de résonateur, du mode de vibration le plus adapté aux contraintes de fonctionnement en milieu liquide et maximisant la sensibilité. Le candidat réalisera des prototypes de capteurs dans les salles blanches du CEA-LETI et procèdera à leur fonctionnalisation, ainsi qu'à des évaluations en milieu liquide. Dans une seconde phase de la thèse, le candidat adaptera ces capteurs et le circuit microfluidique associé pour permettre leur intégration dans une plateforme de détection multicapteur.

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Développement d'un capteur de gaz à base de circuits photoniques biofonctionnalisés pour l'analyse de composés organiques volatils à très faibles concentrations pour des applications en environnement et santé

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

Ingénieur ou M2 physicien expérimentateur multidisciplinaire spécialité micro-nano-technologies, instrumentation, modélisation et chimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0473

loic.laplatine@cea.fr

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L'identification et la quantification de composés organiques volatils (COV) dans l'air est un enjeu crucial dans de nombreux domaines. L'analyse de l'air extérieur permet par exemple de suivre et maitriser la pollution liée à l'industrie ou au trafic autoroutier. De même, l'analyse de l'air exhalé permet le diagnostic de certaines pathologies. Il faut pour cela pouvoir mesurer des dizaines, voire centaines de COV différents à très basse concentration (ppb) dans des matrices de gaz complexes. Le CEA Grenoble a récemment développé des capteurs utilisant des circuits photoniques intégrés sur silicium fonctionnalisés chimiquement par des biomolécules capables de capter spécifiquement certains COV, à l'image de l'olfaction humaine. Ils sont actuellement utilisés pour la mesure d'odeurs dans l'air. Ces capteurs photoniques biomimétiques offrent un fort potentiel en terme de miniaturisation, d'amélioration de la sensibilité, de multiplexage pour la mesure de mélanges complexes, et sont fabricables à bas coût par des procédés issus de la microélectronique. Ils permettent notamment d'envisager des analyses de gaz in situ et en temps réel. La thèse se positionne à la frontière des nez électroniques et des systèmes analytiques et aura pour objectif la conception et l'instrumentation d'un dispositif expérimental permettant d'améliorer la limite de détection et l'identification. La thèse sera hautement pluridisciplinaire et comprendra de la conception et caractérisation de circuits photoniques intégrés sur wafers et puces, de la conception et de la caractérisation de circuits microfluidiques, de la chimie et de la biofonctionnalisation de surface, ainsi que de l'analyse de données (classification, modélisation, apprentissage, etc?). On se proposera d'explorer certaines applications en fin de thèse, notamment sur l'analyse d'air exhalé et la détection de polluants atmosphériques.

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Système optofluidique pour le suivi d'un organoide sur puce

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

01-10-2021

SL-DRT-21-0534

charlotte.parent@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Le contexte de la thèse concerne la culture et le suivi d'organoïdes sur puce. Ces nouveaux modèles cellulaires 3D offrent l'opportunité d'étudier in vitro les mécanismes fondamentaux à l'?uvre dans les tissus et de développer des thérapies innovantes. L'objectif est de développer un nouveau système microfluidique intégrant une lecture optique simple, robuste et compact pour le suivi in situ de l'évolution du sécrétome pendant la phase de culture en choisissant comme modèle la culture d'ilots de Langherans. Ces cellules, formant le pancréas sont au coeur de la recherche thérapeutique contre le diabète. Pour atteindre notre objectif, nous proposons de combiner deux approches au sein d'une puce microfluidique : une puce de capteurs à cristaux photoniques compatibles avec une lecture optique sans lentille (LED + CMOS), et une technologie microfluidique intégrant une membrane élastique actionnée pneumatiquement. Les verrous principaux concernent la sensibilité des capteurs, l'intégration de la puce optique et le prélèvement des aliquots sans perturbation de l'organoïde. La thèse se déroulera dans deux laboratoires complémentaires : le CEA-LETI (microfluidique, technologie), et l'INL (capteurs photoniques). S'agissant d'un sujet pluridisciplinaire, nous recherchons un candidat avec des solides bases en physique et /ou sciences des matériaux et qui pourra s'approprier facilement les aspects biologiques et microfluidique (formation ingénieur ou master en biophysique).

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Detection rapide de l'antibioresistance des bactéries en imagerie infrarouge

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

M2 biophysique, optique

01-10-2021

SL-DRT-21-0678

mathieu.dupoy@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Dans un contexte où les demandes d'outils d'analyse non-invasifs sont croissantes, les techniques optiques de détection et d'identification connaissent un succès grandissant. La spectrométrie infrarouge est une technique de référence pour déterminer la composition chimique d'un échantillon. Nous avons développé au laboratoire une technique d'imagerie multi-spectrale infrarouge permettant de fournir une information spectrale résolue spatialement. L'information donnée est basée sur l'absorption de la lumière infrarouge incidente. L'objectif de la thèse est d'explorer les potentialités combinées de l'imagerie infrarouge multispectrale et du marquage métabolique isotopique pour déceler rapidement une antibiorésistance chez des bactéries. La thèse visera à déterminer le protocole de culture des microorganismes combinant le marqueur isotopique et les contraintes du rayonnement infrarouge, à réaliser les images sur différentes espèces bactériennes, de mettre en ?uvre les algorithmes de traitement de données afin d'évaluer la pertinence de cette approche.

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Nouvelles stratégies de conception par fabrication additive de scaffolds microfluidiques biocompatibles et biorésorbables pour le développement d'organoïdes sur puce implantables

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Master 2 ou Ingénieur en sciences des polymères - fabrication additive

01-10-2021

SL-DRT-21-0728

sebastien.rolere@cea.fr

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Le premier objectif de cette thèse sera d'évaluer l'intérêt technologique et biologique de différents procédés de fabrication additive (FA), dans les phases de conception et de production de scaffolds microfluidiques destinées au développement d'organoïdes sur puce implantables. Le déploiement des technologies de FA pour la conception d'organoïdes sur puces, doit en effet permettre de réaliser des designs microfluidiques complexes en 3 dimensions, plus représentatifs de l'environnement in vivo. D'autre part, le développement de matériaux polymères adaptés à ces procédés de FA, mais également biocompatibles et biorésorbables dans le cas d'organoïdes implantables (e.g. ilots de Langerhans), afin de substituer le PDMS (Polydiméthylsiloxane) actuellement utilisé, est une étape importante pour relever les principaux défis des organoïdes sur puce. Cette thèse s'orientera ainsi vers des matériaux de substitution biocompatibles, biorésorbables et transparents. Enfin, les modèles de puce s'appuieront sur les composants développés au sein des laboratoires DRF et DRT afin de les intégrer dans les campagnes de validation biologique.

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développement et caractérisation de matériaux piézoélectriques conformables pour des applications médicales

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Composants Organiques

Sciences des matériaux, électronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0767

mohammed.benwadih@cea.fr

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Les récents progrès dans les matériaux, la fabrication, la biotechnologie et les systèmes ont favorisé de nombreux capteurs et actionneurs basés sur des matériaux piézoélectriques souples biocompatibles dans le domaine de la médecine. Dans cette thèse, les principes, les opportunités futures et les défis dans l'élaboration et la caractérisation de matériaux piézoélectriques conformables à usage médical seront examinés. Un capteur / actionneur piézoélectrique extensible, réalisé sur un substrat étirable, sera développé avec des matériaux (composites/polymères. Ces développements permettront d'étudier la faisabilité d'usage de tels composants piézoélectriques dans le domaine de la médecine. Le doctorant, avec les équipes en place, développera un composant piézoélectrique sur substrat étirable, via (i) l'utilisation d'un polymère piézoélectrique intrinsèquement extensible ou via (ii) la mise en ?uvre de matériaux composites (particules inorganiques piézoélectriques dans une matrice polymère). Le doctorant aura également un travail de caractérisation électrique à réaliser sur des matrices à bases de ces composants . Ce stage se déroulera dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire LGEF de l'INSA LYON pour les caractérisations fines piézoélectriques et le CEA_Liten pour les aspects choix matériaux/ développement process et caractérisation fondamentale des matériaux.

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Développement de biocapteurs à base de récepteurs phéromonaux pour la détection précoce des insectes ravageurs

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs Diamants

Diplôme d'ingénieur ou Master2, Spécialité du diplôme : chimie analytique, physico-chimie, instrumentation, physique appliquée

01-10-2021

SL-DRT-21-0912

emmanuel.scorsone@cea.fr

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Ces travaux seront menés dans le cadre du projet du Programme Prioritaire de Recherche « Cultiver et Protéger Autrement » PPRCPA-PheroSensor (Détection précoce des insectes ravageurs à l'aide de capteurs olfactifs utilisant des récepteurs phéromonaux). Ce projet, qui démarre en avril 2021 pour une durée de 5 ans, est porté par l'INRAE-UMR 1392 iEES en collaboration avec l'INRAE-UR 1404 MaiAGE, le CNRS-LORIA, ESIEE-Paris ? Université Gustave Eiffel, EGCE?IRD et le CEA-LIST. Les insectes détruisent (in)directement 1/3 des récoltes annuelles mondiales. Changement climatique et intensification des échanges commerciaux font de la détection précoce des insectes ravageurs invasifs un défi majeur pour une action optimale avant infestation. Les insectes utilisent des phéromones spécifiques pour attirer des congénères de l'autre sexe (phéromones sexuelles, e.g. papillons nocturnes) ou des deux sexes (phéromones d'agrégation, e.g. charançons). Des pièges utilisant ces phéromones sont utilisés pour attirer les insectes, le nombre de captures indiquant les niveaux de population. Cette méthode de surveillance a des inconvénients : elle requiert de fréquentes interventions humaines (comptage/identification des captures) et une diffusion de phéromone attractive parfois difficile à maintenir. Une alternative est de réaliser la détection des phéromones d'insecte pour la surveillance des insectes, mais cela reste un vrai défi en raison des faibles quantités émises. PheroSensor ira au-delà des technologies les plus avancées de détection d'odeur en développant des capteurs bio-inspirés innovants pour détecter les insectes nuisibles.

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