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Univ. Paris-Saclay
Bactéries magnétotactiques dans un micro-container
Magnetotactic bacteria in a micro-container

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/04/2020

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MALLOGGI Florent
+33 1 69 08 63 28

Résumé/Summary
Certains micro-organismes monocellulaires tels que les bactéries magnétotactiques synthétisent et organisent des structures nanocristallines. L'objectif du stage est de développer un système microfluidique permettant de capturer une seule bactérie afin de l’étudier.
Some single cell micro-organisms such as magnetotactic bacteria synthesize and organize nanocrystalline structures. We aim to develop a microfluidic system that allows to capture a single bacteria in order to study it.
Sujet détaillé/Full description
Le contexte
Certains micro-organismes monocellulaires tels que les bactéries magnétotactiques synthétisent et organisent des structures nanocristallines, la chaîne du magnétosome, dans un environnement physiologique avec un degré de contrôle bien supérieur à celui obtenu par les chimistes dans des conditions difficiles (température / pression élevée et solvants organiques). Cette biominéralisation implique généralement le transport de quantités infimes de produits chimiques (femtogrammes) du pool de substances labiles, aux compartiments intracellulaires dans lesquels ils sont cristallisés et organisés.
La mise au point de méthodes d’encapsulation utilisant la microfluidique permet de piéger des cellules uniques et de surveiller de manière dynamique la quantité physiologiquement pertinente de produits chimiques (de l'ordre du femtogramme - fg) à des concentrations (micromolaire - µM) dépassant de loin la limite de détection des techniques analytiques conventionnelles. De plus, des environnements de taille similaire à celle de la bactérie peuvent être produits, ce qui permet de modifier la morphologie de la cellule et son organisation intracellulaire. Ces processus peuvent être analysés à haut débit et dans des études parallélisées.

Mission
Le candidat retenu contribuera à la conception, la microfabrication et l'optimisation du microsystème, ainsi qu'aux campagnes de mesure et à l'analyse des données. En particulier, il aura à déterminer l’influence du milieu chimique et de l’environnement physique sur la nucléation et l’organisation des magnétosomes au niveau d'une cellule unique. Des techniques de microfluidique et de microscopie quantitative corrélative seront utilisées à cet effet. Un accent particulier est mis sur la recherche interdisciplinaire dans le cadre d'une collaboration étroite avec les scientifiques travaillant sur les aspects chimiques, biologiques et physiques de la biominéralisation et de la biomimétique des assemblages magnétiques.

Le candidat travaillera dans l'équipe de recherche LIONS (CEA Saclay), en étroite collaboration avec les biologistes du BIAM (CEA Cadarache). Un séjour à Cadarache pour mieux connaitre la culture cellulaire est possible.

Profil
Nous recherchons un étudiant ayant une formation en chimie, biophysique, biotechnologie ou physique.
Des compétences en microfluidique, en chimie analytique et en microscopie à fluorescence sont appréciées. Des compétences en programmation et en conception CAO sont un avantage.
Une bonne connaissance de l'anglais est requise, ainsi qu'une forte motivation personnelle et de la fiabilité.
Context
Some single cell micro-organisms such as magnetotactic bacteria synthesize and organize nanocrystalline structures, the magnetosome chain, in physiological environment with a degree of control far superior to that obtained by chemists using harsh conditions (high temperature/pressure and organic solvents). This so-called biomineralization typically involves transport of minute amounts of chemicals (femtograms) from the labile pool to intracellular compartments in which they are crystallized and organized.
The development of encapsulation methods using microfluidics allows single cell trapping and dynamic monitoring of physiologically relevant amount of chemicals (fg) to be contained at concentrations (µM) typically far exceeding the detection limit of conventional analytical techniques. In addition, environments with a similar size to that of the bacteria can be produced such that the morphology of the cell and its intracellular organization can be altered. Such processes can be analyzed with high throughput and in parallelized studies.

Mission
The successful candidate will contribute to the design, the microfabrication, and the optimization of the microsystem, to the measurement campaigns and to the data analysis. Especially he/she will determine the influence of the chemical and the physical environment on the nucleation and organization of the magnetosomes at the single cell level. Microfluidics and correlative quantitative microscopy techniques will be used to this effect. A special emphasis is laid on interdisciplinary research so that close collaboration with scientists working on chemical, biological and physical aspects of biomineralization and biomimetics of magnetic assemblies will be expected.
The candidate will work at LIONS (CEA Saclay) but he/she will be in close collaboration with the biologists from the BIAM (CEA Cadarache). A stay in Cadarache to learn about cell culture is possible.

Profile
We are seeking a student with a background in chemistry, biophysics, biotechnology, or physics.
Skills in microfluidics, analytical chemistry, and fluorescence microscopy are appreciated. Programming skills and CAD design would be a plus.
Good knowledge in English, reliability and self-motivation are required.
Mots clés/Keywords
Microfluidics, Single cell trapping, Biology
Compétences/Skills
Photolithography, Soft-lithography, microfluidics, cells culture, optical microscopy (epifluorescence and confocal)
Chimie bioinorganique et gels de protéine : formation in situ de carbonate de calcium .

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/03/2020

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

RENAULT Jean-Philippe
+33 1 69 08 15 50

Résumé/Summary
La précipitation des protéines par les ions est connue depuis plus d’un siècle. Dans le cas des ions métalliques, elle est induite par la complexation de ces ions par des acides aminés de surface. L’objectif de ce stage est d’utiliser ce processus pour constituer une réserve de précurseurs permettant la synthèse in situ de nanomatériaux. L' écomatériau ainsi obtenu devrait présenter des propriétés fonctionnelles originales. Il s’agira en particulier d’introduire de façon contrôlée et localisée des ions d’intérêts (calcium par exemple) par millifluidique ou par voie photochimique, puis de déclencher la précipitation de carbonate ou de phosphate de calcium dans la matrice protéique.
Sujet détaillé/Full description
La précipitation des protéines par les ions est connue depuis plus d’un siècle (1). Dans le cas des ions métalliques, elle est induite par la complexation de ces ions par des acides aminés de surface. L’objectif de ce stage est d’utiliser ce processus pour constituer une réserve de précurseurs permettant la synthèse in situ de nanomatériaux.(2) L'écomatériau (3) ainsi obtenu devrait présenter des propriétés fonctionnelles originales. Il s’agira en particulier d’introduire de façon contrôlée et localisée des ions d’intérêts (calcium par exemple) par millifluidique ou par voie photochimique, puis de déclencher la précipitation de carbonate ou de phosphate de calcium dans la matrice protéique.

contacts :
C. Chevallard, HDr.
corinne.chevallard@cea.fr
JP Renault, HDr.
jprenault@cea.fr

(1) Hofmeister F. (1888). Arch. Exp. Pathol. Pharmacol. 24, 247-260.
(2) https://www.nature.com/articles/ncomms10187
(3) https://www.nap.edu/read/25232/chapter/5#40
Mots clés/Keywords
matériaux
Compétences/Skills
Les structures nanocomposites ainsi obtenues seront caractérisées par spectrométrie UV visble, IR , fluorescence, raman et diffusion de rayonnement.
Description physico-chimique de la biocristallisation chez l'huître perlière
Physicochemical description of pearl oyster biocrystallization

Spécialité

Chimie minérale

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

21/04/2020

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

CHEVALLARD Corinne
+33 1 69 08 52 23

Résumé/Summary
La formation des coquilles d'huître perlière sera étudiée au travers de synthèses modèles. L'objectif de l'étude est d'évaluer la pertinence d'un scénario de nucléation cristalline impliquant un intermédiaire liquide enrichi en sels, pour décrire les processus de biocristallisation.
The formation of pearl oyster shells will be studied through model syntheses. The objective of this study is to evaluate the relevance of a crystalline nucleation scenario involving a salt-enriched liquid intermediate, to describe the biocrystallization processes.
Sujet détaillé/Full description
Les organismes calcifiants (mollusques, coraux, éponges) sont capables de produire des structures minérales cristallisées (coquilles, exosquelettes) à la morphologie parfaitement contrôlée pour cibler une fonction biologique particulière (protection, flottaison, etc.) Les processus physico-chimiques associés à cette biocristallisation sont encore mal connus. Une hypothèse est que la formation des tissus durs en carbonate de calcium résulte de la transformation d’un précipité amorphe, lui-même formé au sein d’un précurseur liquide enrichi en sels par rapport à la solution de départ. Nous proposons de tester la validité de cette hypothèse grâce à la réalisation de synthèses modèles, pour lesquelles l’existence d’un précurseur liquide semble avérée, en comparant la structure, aux différentes échelles spatiales, des minéraux formés à celle des biocristaux produits par les organismes biologiques. Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une collaboration avec l’Institut Fresnel (Marseille) et la station IFREMER de Polynésie Française.
La durée du stage est de 3 mois minimum.
Calcifying organisms (molluscs, corals, sponges) are able to produce crystalline mineral structures (shells, exoskeletons) with perfectly controlled morphologies in order to target a particular biological function (protection, flotation, etc.). The physicochemical processes underlying this biocrystallization are still poorly known. One hypothesis is that the formation of these hard tissues results from the transformation of an amorphous calcium carbonate precipitate, formed from a liquid precursor that is salt-enriched with respect to the starting solution. We propose to assess the validity of this hypothesis by carrying out model syntheses, for which the existence of a liquid precursor seems to be proven, and by comparing the structure, at the different spatial scales, of the minerals formed with that of the biocrystals produced by the biological organisms. This work is part of a collaboration with the Institut Fresnel (Marseille) and the IFREMER station in French Polynesia.
The duration of the internship is 3 months minimum.
Mots clés/Keywords
Chimie des matériaux, chimie en solution, germination cristalline, transitions de phase
Materials chemistry, solution chemistry, crystal nucleation, phase transitions
Compétences/Skills
Titrage chimique, microscopie optique, spectromicroscopies Raman/ IR, cryo-MET
Titration, optical microscopy, Raman/ IR spectromicroscopy, cryo-TEM
Logiciels
Word, powerpoint, excel
Fabrication de surfaces omniphobes
Fabrication of omniphobic surfaces

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

27/03/2020

Durée

7 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Christophe FAJOLLES
0169089960

Résumé/Summary
Par adsorption ou greffages de molécules adaptées, nous fabriquerons des surfaces omniphobes, c'est à dire capables de laisser glisser des gouttes d'eau ou d'huile sous l'action d'un stimulus faible.
By adsorption or grafting of adapted molecules, omniphobic surfaces will be made, i.e. surfaces where either water or oil drops are able to slide easily under the action of a weak stimulus.
Sujet détaillé/Full description
Pour beaucoup d’applications (dégivrage, anti-adhésion, nettoyage) on recherche des surfaces capables d’éliminer facilement des gouttes qui s’y condensent. La méthode usuelle pour l’eau est de créer des revêtements de surface hydrophobes pour conférer aux gouttes d’eau un angle de contact élevé et une force d’hystérésis faible : les gouttes s’évacuent alors facilement sous l’influence de la gravité par exemple. Par contre, ces revêtements sont en général peu efficaces pour les gouttes d’huile et sont souvent fragiles à moyen terme. De plus ils peuvent être constitués d’espèces chimiques qui seront bientôt règlementées ou interdites ou bien, dans le cas de revêtements nanostructurés, sensibles à la pression qui les rend inefficaces (transition d’empalement).
Dans ce stage, qui pourra être suivi d’une thèse CIFRE financée par une entreprise avec laquelle nous collaborons, nous proposons d’explorer deux nouvelles stratégies développées récemment dans notre laboratoire et dans la littérature. La première consiste à adsorber ou greffer des molécules biocompatibles et biodégradables sur les surfaces d’intérêt pour créer un revêtement hydrophobe mais aussi suffisamment lipophobe. Nous comparerons différentes méthodes d’adsorption et de greffage pour optimiser les propriétés.
La seconde stratégie consiste à créer un revêtement de type liquide : comme les surfaces nanostructurées s’inspirent du lotus, cette stratégie s’inspire des plantes carnivores [1]. Une première méthode a consisté tout d’abord à infuser un liquide dans une couche poreuse[2] mais la stabilité du liquide peut poser problème. Plus récemment des polymères greffés ou adsorbés de type poly(dimethylsiloxane) sur des surfaces de verre ont montré des propriétés liquides qui permettent à des gouttes d’huile condensées sur elles de glisser très facilement [3,4]. Pourtant il n’a pas encore été montré de propriétés analogues convaincantes pour des gouttes d’eau où l’hystérésis reste encore assez grand.
Le stage, suivi du projet doctoral, consistera à optimiser des surfaces réellement omniphobes par les deux méthodes. Pour ce faire nous explorerons différents types de polymères et différentes méthodes de greffage en contrôlant tout particulièrement la nature chimique des groupes de surface et l’énergie de surface associée. On s’intéressera tout particulièrement aux recuits thermiques des couches ainsi qu’à leur vieillissement dans le temps en étudiant aussi les variations de pH ambiant.

[1] Bohn H.F., Federle W., 14138–14143 PNAS September 28, 2004 vol. 101 no. 39
[2] Wong, T. S.; Kang, S. H.; Tang, S. K.; Smythe, E. J.; Hatton, B.
D.; Grinthal, A.; Aizenberg, J. Bioinspired Self-Repairing Slippery
Surfaces with Pressure-Stable Omniphobicity. Nature 2011, 477, 443−
447.
[3] W ang, L.; McCarthy, T. J. Covalently Attached Liquids: Instant
Omniphobic Surfaces with Unprecedented Repellency. Angew. C hem.,
Int. Ed. 2016, 55, 244−248.
[4] Liu, P.; Zhang, H.; He, W .; Li, H.; Jiang, J.; Liu, M.; Sun, H.; He,
M.; Cui, J.; Jiang, L.; Yao, X. Development of “Liquid-Like”
Copolymer Nanocoatings for Reactive Oil-Repellent Surfac e. ACS
Nano 2017, 11 (2), 2248−2256.
For many applications (defrosting, anti-adhesion, cleaning) one aims at surfaces where consensed droplets can be easily removed. The usual method for water is to create hydrophobic surface coatings to create water droplets with a high contact angle and a low hysteresis force: the drops are then easily evacuated under the influence of gravity for example. However, these coatings are generally not very effective for oil drops and are often fragile in the long term. In addition, the coatings may consist of chemical species that will be soon regulated or banned or, in the case of nanostructured coatings, are too sensitive to the pressure that makes them ineffective (impalment transition).
In this training project, possibly followed by a PhD funded by an industrial partner, we propose to explore a new strategy recently developed in our laboratory and in the literature and which consists in creating a liquid-like coating : as nanostructured surfaces mimick lotus leaves, this strategy is inspired from pitcher plants [1]. A first method consists to infusing a liquid in a porous layer [2] but the stability of the liquid can be problematic. More recently, polymers of poly (dimethylsiloxane) kind, grafted or adsorbed on glass surfaces have shown such liquid-like behaviors such as condensed oil drops could slide very easily [3,4]. Yet convincing similar properties for drops of water have not been shown yet since the remnant hysteresis is still quite large.
We therefore propose a training and doctoral project that will consist of optimizing truly omniphobic surfaces. To do this, we will explore different types of polymers and different methods of grafting by controlling especially the chemical nature of surface groups and the associated surface energy. Particular attention will be paid to the thermal annealing of the layers as well as to their aging over time.

[1] Bohn H.F., Federle W., 14138–14143 PNAS September 28, 2004 vol. 101 no. 39
[2] Wong, T. S.; Kang, S. H.; Tang, S. K.; Smythe, E. J.; Hatton, B.
D.; Grinthal, A.; Aizenberg, J. Bioinspired Self-Repairing Slippery
Surfaces with Pressure-Stable Omniphobicity. Nature 2011, 477, 443−
447.
[3] W ang, L.; McCarthy, T. J. Covalently Attached Liquids: Instant
Omniphobic Surfaces with Unprecedented Repellency. Angew. C hem.,
Int. Ed. 2016, 55, 244−248.
[4] Liu, P.; Zhang, H.; He, W .; Li, H.; Jiang, J.; Liu, M.; Sun, H.; He,
M.; Cui, J.; Jiang, L.; Yao, X. Development of “Liquid-Like”
Copolymer Nanocoatings for Reactive Oil-Repellent Surfac e. ACS
Nano 2017, 11 (2), 2248−2256.
Mots clés/Keywords
Mouillage
Wetting
Compétences/Skills
Greffage chimique, microscopie optique et à force atomique, spectroscopie IR et de photoélectrons, analyse thermogravimétrique,
Chemical grafting, optical and atomic force microscopy, IR and XPS spectroscopy, thermogravimetric analysis
Impression 3D et chimie Sol-Gel pour la fabrication de puces microfluidiques en verre
3D printing and Sol-Gel chemistry for glass microfluidic chips

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

01/03/2020

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MALLOGGI Florent
+33 1 69 08 63 28

Résumé/Summary
L'objectif de ce stage de Master est de développer un procédé Sol-Gel pour la construction de microcanaux en verre et d'étudier leurs potentialités pour des applications microfluidiques.
The objective of this Master's internship is to develop a Sol-Gel process in order to build glass microchannels and qualify their relevance for microfluidic applications.
Sujet détaillé/Full description
Contexte
Au début du XXI siècle, l’invention de la lithographie douce, soutenue par la disponibilité commerciale du polydiméthylsiloxane (PDMS) sur le marché, a grandement contribué au développement de la microfluidique dans le domaine universitaire. La technique, basée sur le moulage de structures fabriquées par photolithographie, est relativement simple et abordable pour la plupart des laboratoires. Cependant, un certain nombre de procédés chimiques sont difficilement compatibles avec les polymères. Souvent, le verre convient mieux à la chimie, mais malheureusement, les copeaux de verre font appel à des procédés coûteux et qui présentent des risques. L'arrivée des imprimantes 3D a changé la façon dont la microfabrication peut être effectuée. Dans le laboratoire LIONS, nous avons récemment mis au point un nouveau procédé d’impression basé sur un moule volatile conçu pour créer des microcanaux sur différents substrats naturels en utilisant différents matériaux. Les matériaux vitreux sont notamment compatibles avec cette approche.

Mission
L'objectif du stage est de développer un procédé Sol-Gel, en partenariat avec des chimistes, pour construire des microcanaux en verre et d'étudier leurs potentialités pour des applications microfluidiques. Le candidat doit être en mesure de contribuer aux développement en chimie des matériaux (formulation et caractérisation des matériaux), à la microfabrication et à l'optimisation du processus. Ce stage se situe à l'interface entre la chimie des matériaux et la microfluidique et permettra de découvrir diverses méthodes et techniques, telles que le procédé Sol-Gel, l'impression par jet d'encre, la microscopie optique et électronique (SEM / TEM). Le candidat travaillera au LIONS (CEA Saclay).

Profil
Pour ce projet transdisciplinaire, nous recherchons un étudiant de M2 (maitrise universitaire ou école d'ingénieur), ayant une formation en chimie ou physico-chimie, désireux de développer ses compétences en chimie des matériaux et en microfluidique, et motivé par les applications de ces recherches dans le domaine des matériaux.
Des compétences en microfluidique et en microscopie seraient appréciées. Des compétences en programmation et en conception CAO seraient un avantage. Une bonne connaissance de l'anglais est requise, ainsi qu'une forte motivation personnelle et de la fiabilité.
Le stagiaire sera co-supervisé par deux chercheurs de l'UMR Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (NIMBE), spécialisés dans la chimie des matériaux et la microfluidique.
Context
In the beginning of the century, the invention of soft lithography, supported by the commercial availability of polydimethylsiloxane (PDMS) on the market contributed greatly to the growth of microfluidics in the academic field. The technique, based on molding of structures fabricated by photolithography, is relatively simple and affordable for most laboratories. However, a number of chemical processes are hardly compatibles with polymers. Most of the time, glass is more appropriate for chemistry but unfortunately, glass chips rely on costly and hazardous processes. The arrival of 3D printers has changed the way microfabrication is done. In the LIONS laboratory we recently developed a novel printing process based on a volatile mold designed to make microchannels on different nature substrates and to use different materials. Interestingly, glass-like materials are compatible with this approach.

Mission
The objective of this Master's internship is to develop a Sol-Gel process, in partnership with our chemists, in order to build glass microchannels and qualify their relevance for microfluidic applications. The ideal candidate should be able to contribute to materials chemistry aspects (materials formulation and characterization), microfabrication and perform the optimization of the process. This internship will integrate skills at the interface between materials chemistry and microfluidics, and will provide the opportunity to discover various methods and techniques, such as the Sol-Gel process, inkjet printing, optical and electronic microscopy (SEM/TEM). The candidate will work at the LIONS (CEA Saclay).

Profile
For this transdisciplinary project, we are looking for a student with a background in chemistry or physico-chemistry, Master student or student within an engineering school, willing to develop his or her skills in materials chemistry and microfluidics, and motivated by the applications of fundamental research in the field of materials.
Skills in microfluidics and microscopy would be appreciated. Programming skills and CAD design would be a plus. Good knowledge in English, reliability and self-motivation are required.
The trainee will be co-supervised by two researchers from the Nanoscience and Innovation for Materials, Biomedicine and Energy Department, specialized in materials chemistry and microfluidics.
Mots clés/Keywords
microfluidics
microfluidics, Sol Gel chemistry
Compétences/Skills
Sol-Gel process, inkjet printing, optical and electronic microscopy (SEM/TEM).

 

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