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Relever le défi de la transition vitreuse par manipulation optique de molécules

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+3

Formation

Master 1

Unité d'accueil

Candidature avant le

31-07-2018

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

CARRIERE David
+33 1 69 08 54 89

Résumé/Summary

Nous cherchons du renfort pour construire une expérience utilisant des couches minces de molécules organiques manipulées par des faisceaux de lumière. L'objectif ultime est de tester des prédictions théoriques générales et primordiales sur les verres.

Sujet détaillé/Full description

Contexte
D’après le prix Nobel P.W. Anderson, « Le problème non résolu le plus profond et le plus intéressant en théorie de la matière condensée est probablement la nature des verres et la transition vitreuse ». Cette citation reflète notre incapacité à trancher cette question : existe-t-il une phase vitreuse bien définie thermodynamiquement, ou au contraire les verres sont-ils toujours des états hors d’équilibre dont le temps de relaxation est si grand que le système apparait comme un solide ? Cette ignorance résulte d’une difficulté intrinsèque : les techniques expérimentales utilisées pour mettre en évidence des transitions de phases thermodynamiques (par exemple, liquide/gaz ou liquide/cristal) ne peuvent s’appliquer car elles seraient pour les verres incompatibles avec les temps d’expérience usuels. Il faut donc une approche novatrice pour lever le mystère de la transition vitreuse, laquelle représente non seulement un défi fondamental, mais de plus conditionne bon nombre d’applications, puisque les verres sont des matériaux de grande importance technologique (fuselages d’avions, fibres optiques, systèmes photovoltaïques…).

Objectifs
Dans ce contexte, nous cherchons à concrétiser une expérience de la pensée proposée récemment par des physiciens théoriciens qui permettra de démontrer ou infirmer la présence d’une transition thermodynamique vers un état vitreux. L’approche que nous avons échafaudée requiert i) la mise au point de molécules manipulables optiquement, et leur dépôt en couches minces de quelques microns d’épaisseur ii) la construction d’un montage optique, et iii) la comparaison des résultats expérimentaux avec les prédictions théoriques. Le stage sera une contribution à la construction d’une telle expérience.

Détails et profil recherché
Ce projet est une collaboration réunissant toutes les compétences nécessaires entre physiciens, chimistes et théoriciens, situés près de Paris au CEA de Saclay et à l’université de Montpellier. Le stage se déroulera dans les laboratoires NIMBE/LIONS et SPEC/SPHYNX du CEA de Saclay. Nous recherchons un(e) candidat(e) qui, en s’appuyant sur les expertises disponibles sur place, pourra élaborer la procédure de fabrication des échantillons en contribuant à l’une ou ces étapes : dépôt de molécules en couches minces par voie physique ou chimique, gravure de circuits sur verre, mesures physiques (mesures optiques, diffusion des rayons X, spectroscopie diélectrique). Idéalement ce stage est conçu pour un niveau M1, mais il peut être facilement adapté pour un(e) étudiant(e) de L3.

Compétences/Skills

Dépôts en couches minces, diffusion des rayons X, lithographie, optique, spectroscopie diélectrique.

Fabrication de surfaces repoussant l'huile et l'eau
Design of non-wetted surfaces by both water and oil

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-03-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GUENOUN Patrick
+33 1 69 08 74 33

Résumé/Summary

Conception de surfaces omniphobes. Nous nous proposons d'aborder ce sujet en modifiant une surface (oxyde, mica, silice, ...) en modulant sa rugosité et en y greffant des molécules adaptées.
Design of new types of omniphobic surfaces. We intend to address this topicby modifying a surface (oxide, mica, silica, ...) in a physical way by modulating its roughness and by a suitable chemically grafting of molecules.

Sujet détaillé/Full description

Lors de ce stage nous proposons de concevoir de nouveaux types de surfaces omniphobes. Il s’agit de surfaces où des liquides, hydrophiles (solutions aqueuses) ou hydrophobes (huiles, liquides organiques) se déposent sous forme de gouttes formant un angle de contact élevé avec la surface. Cette propriété est très importante pour beaucoup d’applications où l’on ne souhaite pas que le liquide réside sur la surface comme la condensation de gouttes sur un pare-brise par exemple.

Pourtant modifier une surface pour obtenir qu’à la fois huile et eau soit peu mouillantes est un réel défi technologique pour l'industrie. Nous nous proposons d’aborder ce problème en modifiant une surface (oxyde, mica, silice,…) de manière physique en modulant sa rugosité et de manière chimique en greffant des molécules adaptées.

Nous aborderons aussi une autre méthode pour éviter qu’une goutte, même d’angle de contact faible, réside sur une surface: il s’agit de réaliser des surfaces glissantes, là aussi grâce à un greffage adapté qui rend le substrat « liquide ».
During this internship we propose to design new types of omniphobic surfaces. On such surfaces the deposition of hydrophilic (like aqueous solutions) or hydrophobic liquid (oil, organic liquids) forms dropplets, with a wide contact angle with the surface. This property is important for many applications, where it is not intended that the liquid stays on the surface, as for example the condensation drops on a windshield.

Yet, modifying a surface to obtain that both oil and water are not wetting, is a strong technological challenge for the industry. We intend to address this topic by modifying a surface (oxide, mica, silica, ...) in a physical way by modulating its roughness and by a suitable chemically grafting of molecules.

Mots clés/Keywords

Physico-chimie, polymères

Compétences/Skills

Mesures d'angle de contact, microscopie à force atomique, spectroscopie, chimie de surface

Nouvelle génération de batteries Li-air basées sur l’utilisation de MOFs (Metal Organic Frameworks)
Metal Organic frameworks for new generation of Li-air batteries

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-03-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

SURBLE Suzy
+33 1 69 08 81 90

Résumé/Summary

Le projet vise à réaliser des matériaux d'électrode positive pour les batteries Li-air à partir de matériaux de type MOFs (Metal Organic Framework). Face à la demande croissante en stockage mobile d’énergie et en particulier dans le secteur de l’automobile, les recherches s’orientent vers de nouvelles technologies de batteries offrant de nouvelles perspectives en matière de capacité de stockage et de sécurité. La technologie Li-air s’avère particulièrement intéressante compte tenu des densités énergétiques atteintes.
Due to the increase of the energy demand, many researches are moving towards green energy, particularly in the electronics vehicles. Li-air batteries are receiving intense interest today due to potentially much higher gravimetric energy storage density compared to others technologies. The project aims at the synthesis and characterizations of new porous hybrid inorganic-organic solids for usage as cathode materials for Li-air batteries.

Sujet détaillé/Full description

L’utilisation de solides de type MOF apparait comme une percée dans le domaine de l’électrochimie. Leur structure à charpente ouverte fournit non seulement un réseau hôte pour la diffusion des ions lithium et une bonne diffusion de l’oxygène, mais aussi un espace suffisant pour le dépôt des produits de décharge. Dans un premier temps, il conviendra d’identifier des structures de MOFs, existantes dans la littérature, susceptibles d’être de bons candidats en tant que matériau actif de batterie lithium-air. Cette étude bibliographique permettra alors d’orienter les synthèses vers de nouvelles charpentes hybrides à base de MOFs susceptibles d’avoir de bonnes performances électrochimiques. On pourra ainsi s’orienter vers différentes natures de ligands organiques (carboxylates, phosphonates).
Les synthèses de ces matériaux seront réalisées dans des autoclaves hydro- ou solvo-thermales (DMF, méthanol, éthanol). Des techniques classiques telles que la diffraction des rayons X sur poudre, la spectroscopie d’impédance complexe et des mesures électrochimiques seront utilisées pour caractériser ces matériaux. un assemblage complet (cathode MOF, électrolyte liquide, anode Li-métal) sera réalisé et testé. Il pourra être envisagé d’étudier après cyclages la redistribution du Li dans la cathode à l’aide de la microsonde nucléaire du laboratoire.

Mots clés/Keywords

Metal Organic Framework, Batterie lithium-air
Metal Organic Framework, Lithium air battery

Compétences/Skills

synthèse hydrothermale, diffraction des rayons X, électrochimie
hydrothermal synthesis, X-rays diffraction, electrochemistry

Dynamique de la conformation de la chromatine lors de la réplication de l'ADN chez les eucaryotes
Dynamics of chromatin conformation for DNA replication in eukaryotes

Spécialité

Biophysique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

02-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GUENOUN Patrick
+33 1 69 08 74 33

Résumé/Summary

Nous proposons dans ce stage d’étudier les relations entre la structure de la chromatine à des échelles entre 1 et 100 nm et la dynamique de réplication de l’ADN. Pour cela, nous utiliserons la diffusion des rayons X aux petits angles pour déterminer la conformation de la chromatine, et la cytométrie en flux pour suivre la duplication du génome.
We propose here to study the relations between chromatin structure at lengthscales in between 1 and 100nm and DNA replication dynamics. X-ray scattering will be used to determine chromatin conformation and flux cytometry for following genome duplication.

Sujet détaillé/Full description

L’ADN génomique est associé à tout instant à des protéines. Le complexe protéique le plus abondamment présent le long de l’ADN est appelé nucléosome. Les nucléosomes confèrent à l’ADN une structure tridimensionnelle appelée la chromatine. L’organisation tridimensionnelle du génome et sa dynamique dans des cellules vivantes sont déterminantes pour ses fonctions. Il est donc crucial de les comprendre et d’identifier les paramètres qui les contrôlent.
Cependant, les connaissances actuelles ne permettent pas encore de décrire à toutes les échelles spatiales la structure locale et globale de la chromatine lors des processus de régulation du cycle cellulaire comme la réplication.
Nous proposons dans ce stage d’étudier les relations entre la structure de la chromatine à des échelles entre 1 et 100 nm et la dynamique de réplication de l’ADN. Pour cela, nous utiliserons la diffusion des rayons X aux petits angles pour déterminer la conformation de la chromatine, et la cytométrie en flux pour suivre la duplication du génome. La diffusion sera réalisée directement sur des ensembles de cellules synchronisées dans leur évolution. En utilisant des concepts issus de la physique des polymères nous quantifierons les relations entre la dynamique de la réplication et la structure de la chromatine.
Nous utiliserons comme système modèle la levure de boulanger, Saccharomyces cerevisiae. Comme pour toute cellule eucaryote, le cycle cellulaire de la levure comprend trois phases avant sa division : 1) la préparation de l’ADN à la duplication (phase G1), 2) la duplication de l’ADN (phase S) et 3) le contrôle de l’ADN dupliqué et la préparation à la division cellulaire (phase G2). Des cellules de S. cerevisiae de type a seront synchronisées à la fin de leur phase G1 grâce à une phéromone sexuelle appelée facteur αEn enlevant ce dernier de la solution par lavages successifs, la population de cellules synchronisées à la fin de la phase G1 est relâchée dans la phase S où de manière concomitante nous effecturons des mesures de diffusion des rayons X aux petits angles et des prélèvements d’échantillons destinés à être analysés par cytométrie de flux.

Ce stage s'effectue en collaboration avec Arach GOLDAR, DRF//JOLIOT/SBIGEM/LTG (laboratoire spécialisé dans l'étude de l'ADN)


Lieu :
CEA/Saclay,

Mots clés/Keywords

Physique statistique

Compétences/Skills

Culture cellulaire, Diffusions aux petits angles, Cytométrie en flux, Analyse du signal Physique statistique Physique des polymères Modélisation (analytique et numérique).

Influence de la nanostructuration des solvants sur l’agrégation de particules obtenues par précipitation de sels.

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

15-03-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

TESTARD Fabienne
+33 1 69 08 96 42

Résumé/Summary

L’objectif du stage est de comprendre l’influence de la nanostructuration d’un solvant sur l’agrégation de particules pour contrôler in fine la taille et la forme des assemblages.

Sujet détaillé/Full description

Le contrôle de la morphologie de poudre obtenue par précipitation/conversion reste difficile à contrôler et prédire. Cette voie de synthèse pour obtenir des matériaux aux propriétés particulières est utilisée dans de nombreux procédés industriels (pharmacie, nucléaire, céramique, traitement de déchets,…). En dépit de ce large spectre d’application, il y a encore aujourd’hui un réel enjeu à contrôler et comprendre la phase de précipitation et d’assemblage des particules obtenues par précipitation pour maîtriser les propriétés du matériau final.
Des résultats récents obtenus au laboratoire ont montré comment l’utilisation d’un solvant nanostructuré permettait un contrôle réversible de l’agrégation de particules par la formation de ponts capillaires. C’est ce couplage, jusque-là non étudié, entre la physicochimie des interfaces liquide-liquide, inhérentes à la structuration du solvant, et les faces des particules (interfaces liquide-solide) que nous exploiterons dans le cadre de ce stage.
L’objectif sera d’étudier les conditions physico-chimiques propices à la formation et à la disparition des agrégats d’oxalate ou d’oxyde par des outils de caractérisation multi-échelles des mélanges de solvant et des matériaux en formation.

Stage en collaboration entre deux directions du CEA (Fabienne Testard (DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS) et Sophie Charton (DEN/DMRC/SA2I))

Mots clés/Keywords

Chimie des matériaux, matière molle, auto-assemblage, nanostructure, forces capillaires, précipitation.

Compétences/Skills

AFM, SAXS, microscopie confocale, MEB.

Synthèse de nanoparticules de graphène
Graphene nanoparticles synthesis

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

01-04-2018

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34/23 77

Résumé/Summary

Le terme graphène regroupe toute une famille de matériau. Dans ce projet, nous proposons de construire par des méthodes synthèses organiques des nanoparticules de graphène qui ont un intérêt fondamental pour la photoluminescence, par exemple, et qui peuvent servir de brique de base pour la réalisation de graphène de synthèse.

Sujet détaillé/Full description

Le graphène est un matériau bidimensionnel issu, à l'origine, du graphite. Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à Geim et Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l'engouement de la communauté scientifique. Le graphène possède des propriétés optiques, électroniques et mécaniques exceptionnelles qui en font un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, fuel cells) ou pour les composites.

De nos jours le terme graphène regroupe toute une famille de matériau : graphène obtenu par exfoliation du graphite, graphène produit par "Chemical Vapor Deposition" (croissance sur un catalyseur à partir de la décomposition d'un dérivé carboné), oxyde de graphène ou nanoparticules et rubans de graphène synthétisé grâce à des procédés de chimie organique. Ces matériaux possèdent des propriétés légèrement différentes et le matériau choisi dépendra de l'application finale.

Dans ce stage, nous proposons de synthétiser des nanoparticules de graphène et d'étudier leurs propriétés optiques et électroniques. La synthèse de motifs graphéniques originaux est basée sur la condensation de molécules polyaromatiques.1-3 Elle sera d'abord limitée à des petites molécules et ira progressivement vers la réalisation de réseaux.4;5

Ce stage demande une formation de chimiste organicien. Le stage s'effectuera au Laboratoire d’Électronique Moléculaire du CEA-Saclay. Le projet sera mené en collaboration avec d'autres équipes du CEA, de l'ENS Cachan et de l'ENS Paris. Le/la candidate devra avoir un gout prononcé pour le travail interdisciplinaire et aimer relever des défis.

Références.
1. A. J. Berresheim, M. Müller, and K. Müllen, Chem.Rev., 1999, 99, 1747.
2. X. Yan, X. Cui, B. Li, and L.-S. Li, Nano Lett., 2010, 10, 1869.
3. X. Yan, X. Cui, and L.-S. Li, J.Am.Chem.Soc., 2010, 132, 5944.
4. J. Cai, P. Ruffieux, R. Jaafar, M. Bieri, T. Braun, S. Blankenburg, M. Muoth, A. P. Seitsonen, M. Saleh, X. Feng, K. Müllen, and R. Fasel, Nature, 2010, 446, 470.
5. M. Gille, A. Viertel, S. Weidner, and S. Hecht, Synlett, 2013, 24, 259.

Compétences/Skills

Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse.

Étude expérimentale des interactions de nanomédicaments avec un milieu biologique modèle.
Experimental study of nanodrugs interactions with a model biological medium

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-03-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GOBEAUX Frederic
+33 1 69 08 24 74

Résumé/Summary

Ce projet vise à comprendre comment les nanomédicaments interagissent avec le milieu vivant et plus particulièrement avec les protéines. Dans le cadre du stage, l’objectif sera de suivre l’évolution de la structure de nanomédicaments et des interactions spécifiques avec les constituants d’un milieu biologique modèle.
This project aims at understanding how nanodrugs interact with the biological media and more specifically with proteins. During the intership, the objective will be to monitor the structure of a different nanodrugs and characterize their interaction with the components of a model biological medium.

Sujet détaillé/Full description

Les nanoparticules offrent des perspectives intéressantes pour augmenter l’efficacité thérapeutique et limiter les effets secondaires de principe actifs. Dans la majorité des études, le principe actif est dispersé, solubilisé ou adsorbé dans une matrice inactive aux dimensions nanométriques. Ces dernières années, les équipes de P. Couvreur ont démontré l’intérêt de lier le principe actif à un lipide pour former directement le nano-objet, permettant d’augmenter considérablement le taux de charge en principe actif (> 50%), de limiter l’ajout d’additif et de contrôler la cinétique de distribution.
Pour ces nouveaux « nanomédicaments », il est important de comprendre comment les nanoparticules évoluent dans un milieu biologique (variation de taille, interaction avec les différents constituants du milieu). Nous proposons dans le cadre du projet « nanoprotection » soutenu par le Labex NanoSaclay, une étude physico-chimique sur les interactions entre des nanoparticules à base de dérivés squalénés et du sérum bovin ou certains de ses constituants. Des études récentes suggèrent que les nanoparticules sont en fait rapidement dissociées et que les molécules les constituant sont prises en charge par divers transporteurs (lipoprotéines, albumine). L’objectif est de caractériser d’une part les distributions en volume et les structures des nanoparticules dans le milieu biologique par des techniques de diffusion aux petits angles (lumière, X, neutrons) et d’autre part les interactions spécifiques entre les molécules et les constituants du milieu biologique par des techniques de spectroscopies. L’étude sera également étendue à d’autres types de nanomédicaments.

Mots clés/Keywords

Formulation, nanomatériaux, polymères
Formulation, nanomaterials, polymers

Compétences/Skills

Dichroïsme circulaire, Fluorescence, Calorimétrie, diffusion de rayons X/ neutrons/lumière aux petits angles, ..
Circular dichroism, Fluorescence spectroscopy, Calorimetry, Dynamic Light Scattering, X-ray and Neutron Scattering

Logiciels

/

Synthèse de nanoparticules par pyrolyse laser pour les batteries au lithium
Laser pyrolysis for the synthesis of nanoparticles applied to Li-Ion batteries

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

27-04-2018

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

HERLIN Nathalie
+33 1 69 08 36 84

Résumé/Summary

Synthèse par pyrolyse laser de nanoparticules cœur coquille d’intérêt pour le stockage électrochimique - caractérisations morphologiques et structurales

Sujet détaillé/Full description

Le stockage performant de l’énergie est un des défis de la transition énergétique. Les batteries au lithium sont une technologie mature mais de nombreuses recherches restent à mener afin d’augmenter leur capacité de stockage et envisager des applications nécessitant plus d’énergie que par exemple les téléphones mobiles. Pour augmenter cette capacité de stockage, il faut disposer de matériaux qui stockent le plus de lithium possible par unité de masse.

A l’électrode négative, le silicium est très étudié comme moyen d’augmenter la capacité de stockage car sa capacité est 10 fois supérieure à celle du matériau commercial le plus utilisé, le graphite. Cependant, la dégradation rapide du silicium empêche encore son développement à grande échelle et son industrialisation. Plusieurs stratégies ont été développées pour pallier ce problème. L’intégration de germanium pour la formation d’alliage SiGe est l’une d’elles et a permis la fabrication d’électrodes à la durée de vie plus longue [1].

A l’électrode positive, le soufre est prometteur de par sa grande capacité de stockage théorique. Cependant, la dissolution de l’électrode dans l’électrolyte constitue l’inconvénient majeur empêchant son déploiement commercial. La plupart des stratégies mettent en avant la synthèse de composites Carbone/soufre, ce qui renchérit néanmoins les couts de fabrication par l’ajout de nombreuses étapes de synthèse [2].
Dans le stage , nous nous intéresserons à la synthèse d’alliages Silicium/germanium et de composites carbone/soufre, nous utiliserons la pyrolyse laser, une technique en une étape, souple, reproductible, facile d’utilisation, et avec des taux de production importants [3].

Ces particules seront caractérisées au cours du stage et leurs performances comme matériaux de batteries seront testées dans un laboratoire partenaire a Grenoble

Références :
1. Duveau, D.; Fraisse, B.; Cunin, F.; Monconduit, L., Chemistry of Materials 2015, 27 (9), 3226-3233.
2. Ji, X.; Nazar, L. F., Journal of Materials Chemistry 2010, 20 (44), 9821-9826.
3. Sourice, J. et al; ACS applied materials & interfaces 2015, 7 (12), 6637-6644.

Mots clés/Keywords

nanoparticules, materiaux, silicium, souffre

Compétences/Skills

Pyrolyse laser, diffraction de RX, Raman, analyse chimique, BET, microscopie

Réactivité en milieu confiné
Reactivity in confined media

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

20-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

LE CAER Sophie
+33 1 69 08 15 58

Résumé/Summary

La réactivité sous irradiation dans des argiles feuilletées ou nanotubulaires sera étudiée en fonction de la quantité d'eau. Des mécanismes réactionnels seront proposés.
Reactivity under irradiation in layered or nanotubular clay minerals will be studied as a function of the water amount. Reaction mechanisms will be proposed.

Sujet détaillé/Full description

L'influence des rayonnements ionisants sur les minéraux argileux est peu connue, en dépit de leur utilisation comme composants majeurs de la barrière artificielle des dépôts de déchets nucléaires de haute activité. Dans ce contexte, la production de H2 par des minéraux argileux sous des rayonnements ionisants pourrait constituer un véritable problème. Elle peut, par exemple, conduire à la perte des propriétés de rétention de radionucléides en créant des fissures dans la barrière artificielle. Il est donc important de déterminer les mécanismes de réaction de formation de H2 et de comprendre le rôle de plusieurs paramètres sur cette production, comme la quantité d'eau et la géométrie du matériau de confinement. En effet, le confinement des molécules d'eau joue un rôle crucial dans leur comportement sous rayonnement ionisant.
Nous proposons ici, au cours de ce stage, de travailler sur différents modèles de systèmes minéraux d'argile: des talcs nanométriques et des imogolites. Le talc nanométrique a une structure feuilletée, et est hydrophile. La quantité de molécules d'eau peut être contrôlée avec précision. Un autre système d'intérêt est l'imogolite qui a une géométrie de confinement complètement différente: ce sont des nanotubes d'aluminosilicate avec un diamètre monodisperse et dont les groupes chimiques à la surface des tubes (-OH, -CH3) peuvent être contrôlés par synthèse, tout en maintenant une géométrie bien définie. Il est donc possible de piloter l'hydrophilie des imogolites.
Le but du stage est de mesurer la production de H2 sous irradiation par chromatographie en phase gazeuse pour ces deux types d'échantillons (talc nanométrique et imogolite) en fonction de la teneur en eau et d'essayer de comprendre le rôle joué par la quantité d'eau et par la géométrie du confinement. Des expériences de résonance paramagnétique électronique (RPE) seront effectuées pour identifier les défauts formés dans le matériau après irradiation. Ces expériences aideront à proposer des mécanismes de réaction dans les deux systèmes d'intérêt. En outre, dans le cas des échantillons d'imogolite, il est possible de synthétiser des échantillons transparents et épais, ce qui permet d'effectuer des expériences de radiolyse pulsée picoseconde. Nous suivrons alors la cinétique de décroissance de l'électron et mettrons en évidence les spécificités des réactions en milieu confiné. D'autres techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation des matériaux seront l'analyse thermogravimétrique, la spectroscopie infrarouge et la diffraction des rayons X. De toutes ces mesures, les mécanismes de réaction, qui se déroulent dans les milieux confinés, seront proposés en fonction de la géométrie du matériau confinant et de la quantité d'eau.
The influence of ionizing radiation on clay minerals is poorly known, in spite of their use as a major component of the engineered barrier in High Level Nuclear Waste Repositories (HLNWR). In this context, the production of H2 by clay minerals under ionizing radiation could be a real issue. It can, e.g., lead to the loss of radionuclide retention properties by creating cracks in the engineered barrier. It is thus important to determine H2 formation reaction mechanisms and to understand the role of several parameters on this production, such as the water amount and the geometry of the confining material. Indeed, the confinement of water molecules play a crucial role in their behavior under ionizing radiation.
We propose here, during this internship, to work on different model clay minerals systems: nanometric talc and imogolite. Nanometric talc has a layered structure, is hydrophilic and the amount of water molecules can be precisely controlled. Another system of interest is imogolite which has a completely different confining geometry : it consists of aluminosilicate nanotubes with a monodisperse diameter and whose chemical groups at the surface of the tubes (-OH, -CH3) can be tuned while maintaining a well-defined geometry. It is then possible to control the hydrophilicity of imogolites.
The purpose of the internship is to measure the H2 production under irradiation by gas chromatography for these two types of samples (nanometric talc and imogolite) as a function of the water content and to try to decipher the role played by the amount of water and by the confining geometry. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) experiments will be performed to identify the defects formed in the material after irradiation. These experiments will help proposing reaction mechanisms in both cases. Moreover, in the case of imogolite samples, it is possible to synthesize transparent and thick samples, making picosecond pulse radiolysis experiments possible. We will then follow the decay kinetic of the electron at the picosecond-nanosecond timescale and thus evidence the specificities of reactions occuring in confined media. Other experimental techniques used for the characterization of materials include thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy and X-ray diffraction. From all these measurements, reaction mechanisms, taking place in confined media, will be proposed according to the geometry of the confininig material and to the water amount.

Mots clés/Keywords

Chimie physique
Physical chemistry

Compétences/Skills

Chromatographie en phase gazeuse, RPE (Résonance Paramagnétique de l'Electron), analyse thermogravimétrique, spectroscopie infrarouge, diffraction des rayons X, radiolyse pulsée picoseconde.
Gas phase chromatography, EPR (electron paramagnetic resonance), thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, picosecond pulse radiolysis.

Logiciels

Office Origin

Criblage par radiolyse d'électrolytes pour les batteries lithium-ion
Screening of electrolytes for lithium-ion batteries by radiolysis

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

13-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

LE-CAER Sophie
+33 1 69 08 15 58

Résumé/Summary

Le vieillissement des batteries lithium-ion est un problème sociétal important. Nous avons montré que la radiolyse permet de simuler très rapidement (en quelques heures) le vieillissement des électrolytes. Nous proposons ici d'utiliser la radiolyse pour cribler divers électrolytes, et étudier leurs comportements.
The aging of lithium-ion batteries is an important societal problem. We have shown that radiolysis enables simulating aging of electrolytes very quickly (within a few hours). We propose to use radiolysis to screen various electrolytes and to study in details the behavior of the most promising ones.

Sujet détaillé/Full description

L'épuisement des combustibles fossiles et les problèmes liés à l'environnement en raison de l'utilisation intensive de combustibles fossiles créent une situation pressante pour trouver d'autres mécanismes de stockage, dans lesquels la batterie lithium ion (BLI) pourrait être considérée comme un dispositif de stockage d'énergie portable raisonnable et plus vert, grâce notamment à ses avantages tels que son faible poids, une tension de fonctionnement élevée et une capacité théorique élevée. Les BLIs se composent généralement d'une anode carbonée et d'une cathode d'oxyde de métal de transition. Les électrolytes commerciaux contiennent généralement un sel conducteur, tel que l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), dissous dans un mélange de carbonates linéaires (présentant une faible constante diélectrique et une faible viscosité) et cycliques (possédant une grande constante diélectrique et une grande viscosité). Il est bien connu que la capacité de ces batteries est généralement limitée au marché de l'électronique portable et n'est pas encore suffisamment adaptée aux véhicules électriques et aux réseaux intelligents à grande échelle en raison des limitations imposées par les électrodes et des problèmes de sécurité liés aux électrolytes. En effet, les phénomènes de vieillissement réduisent considérablement la durée de vie des BLIs et conduisent à la production de composés dangereux. Au cours des dernières années, de nombreux efforts ont été consacrés à l'amélioration de la stabilité des électrolytes. Par conséquent, l'étude des mécanismes de vieillissement et de dégradation dans les BLIs est un problème urgent.
Une méthode de criblage rapide, permettant une analyse approfondie et globale du comportement du système, permettra d'identifier le système optimal en termes de durée de vie et de sécurité. Nous avons récemment démontré que la radiolyse (c'est-à-dire la réactivité chimique induite par l'interaction entre la matière et les rayonnements ionisants) offre une solution élégante à ces problèmes, car c'est un outil puissant pour l'identification rapide (minutes à jours car elle accélère fortement les processus de vieillissement) des espèces produites par la dégradation d'un électrolyte de batteries après plusieurs semaines à mois de cyclage. En effet, les espèces hautement réactives créées dans la solution irradiée sont les mêmes que celles obtenues lors de l'électrolyse en utilisant des solvants similaires. Ainsi, l'approche "radiolyse" est une méthode très appropriée pour se concentrer sur les phénomènes de vieillissement de différents électrolytes et, ensuite, sur leur réactivité, dans le but de trouver l'électrolyte le plus approprié .
Au cours de ce stage, nous proposons d'examiner différents électrolytes pour identifier le plus robuste en radiolyse, sachant que l'électrolyte résistant aux rayonnements ionisants résistera à l'électrolyse. À cette fin, des techniques de chromatographie en phase gazeuse et de spectrométrie de masse seront utilisées. La réactivité des systèmes les plus prometteurs sera étudiée en détails en utilisant des techniques de radiolyse pulsée qui donnent accès à des données spectrales résolues dans le temps. Enfin, des additifs sont habituellement utilisés dans les électrolytes, car ils sont connus pour polymériser. Les différentes étapes des réactions de polymérisation seront également étudiées par radiolyse pulsée.
The depletion of fossil fuels and environment related issues due to the extensive use of fossil fuels create an ever pressing thrust to find out alternate storage mechanisms, wherein lithium-ion battery (LIB) could be considered as a reasonable and greener portable energy storage device, driven by factors such as light weight, high operating voltage, and high theoretical capacity than other secondary batteries. LIBs generally consist of a carbonaceous anode and a transition-metal-oxide cathode. Commercial electrolytes are usually composed of a conducting salt, such as lithium hexafluorophosphate (LiPF6), dissolved in a mixture of linear (low dielectric constant and low viscosity) and cyclical (high dielectric constant and high viscosity) carbonates. It is well known that the capacity of these batteries is usually limited up to portable electronics market and is not quite adequate yet for electrical vehicles and large-scale smart grids due to the limitations posed by electrodes and safety issues related to electrolytes. Indeed, ageing phenomena significantly reduce the cycle life of LIBs and lead to the production of hazardous compounds as recently evidenced by the thermal runaway of a Samsung mobile phone. Over the last years, many efforts have been devoted to improving the stability of electrolytes. Consequently, the study of ageing and degradation mechanisms in LIBs is an urgent need.
A fast screening method, enabling a thorough and global analysis of the system behavior, will enable the identification of the optimal system in terms of lifetime and safety. We have recently demonstrated that radiolysis (i.e. the chemical reactivity induced by the interaction between matter and ionizing radiation) provides an elegant solution to these issues, as it is a powerful tool for the quick identification (minutes to days as it strongly accelerates aging processes) of the species produced by the degradation of a LIB electrolyte after several weeks to months of cycling. , , Indeed, the highly reactive species created in the irradiated solution are the same as the ones obtained during the charging of a LIB using similar solvents. So, the radiolysis approach is a very suitable method to focus on the aging phenomena of different electrolytes and, then, on their reactivity to find a suitable electrolyte for LIBs.
During this internship, we propose to screen different electrolytes to identify the most robust one towards radiolysis, knowing that the electrolyte resistant towards ionizing radiation will be resistant towards electrolysis. For this purpose, gas chromatography and mass spectrometry techniques will be used. The reactivity of the most promising systems will be investigated thoroughly using pulse radiolysis techniques that give access to kinetic and time-resolved spectral data. Lastly, additives are usually used in electrolytes, as they are known to polymerize. The different steps of polymerization reactions will be also studied by means of pulse radiolysis.

Mots clés/Keywords

chimie physique
physical chemistry

Compétences/Skills

chromatographie en phase gazeuse spectrométrie de masse radiolyse pulsée
gas phase chromatography mass spectrometry pulse radiolysis

Logiciels

Office Origin

Conception et étude d'un générateur de goutte microfluidique couplé à la spectrométrie de masse
Design and study of a microfluidic droplet generator coupled to mass spectrometry

Spécialité

Physique des liquides

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

27-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GEERTSEN Valerie
+33 1 69 08 47 98

Résumé/Summary

Ce stage portera sur la création d’un générateur de gouttes microfluidiques destiné à l’encapsulation de nanoparticules au sein d’émulsion pour une analyse de nanoparticule unique par spectrométrie de masse (ICPMS).
This internship studies the fabrication of a microfluidics droplet generator for mass spectrometry single nanoparticle analysis (SPICPMS)

Sujet détaillé/Full description

Le stage proposé ici consiste au développement d’un nouveau type de couplage instrumental associant une plateforme microfluidique digitale avec la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (µDig-ICPMS). Il est conduit par deux équipes du CEA Saclay (DRF/LIONS et DEN/LANIE).
Ces dernières années ont vu le développement dans différents laboratoires à travers le monde dont le DRF/LIONS de plateformes microfluidiques destinées à la création et à la manipulation de gouttes liquides calibrées dans une phase liquide continue (µDig). Ces plateformes sont un élément de réponse pertinent pour l’analyse par la diminution évidente des volumes d’effluents et d’échantillon mais aussi par la création de nouveaux concepts tel que l’analyse en goutte destinée soit à l’étude d’échantillons hétérogènes (population d’objets) soit au screening de molécules.
Le stage a pour objectif de fabriquer des puces microfluidiques générant des trains de gouttes d’eau dans huile de tailles définies, avec un design permettant de minimiser la quantité de phase continue (huile) et compatible avec l’ICPMS. Les gouttes seront visualisées par caméra rapide embarquée sur microscope ou sur téléobjectif. Le travail proposé consiste à définir un matériau de fabrication pour la puce microfluidique, choisir un système chimique (huile, tensioactif) et enfin étudier l’éjection des gouttes d’eau depuis la plateforme microfluidique jusqu’au plasma d’argon du spectromètre de masse.
La durée du stage est d’au moins 6 mois. Le sujet pourra éventuellement être poursuivi en thèse (encapsulation de nanoparticules sur la plateforme microfluidique et analyse par Single Particule ICPMS). Ce travail très interdisciplinaire implique un goût du travail en équipe ainsi qu’une importante curiosité scientifique et un esprit d’ouverture. L’aspect fortement instrumental de la thématique nécessite un goût de l’expérience et de l’instrumentation. Une compétence du candidat en microfabrication, impression 3D ou chimie analytique serait fortement appréciée.
The internship focuses on the development of a new instrumental hyphenation associating digital microfluidic platform with inductively coupled plasma mass spectrometer (µDig-ICPMS). It will be supervised by two different laboratories of CEA Saclay (DRF/LIONS and DEN/LANIE).
These last years have seen in several laboratories around the world such as DRF/LIONS, the development of microfluidics platforms to create and manipulate calibrated liquid droplets inside a continuous liquid phase (µDig). These platforms are relevant not only for low-sample or low-waste volumes analysis but also for new analytical concepts such as heterogeneous samples analysis (determination of objects population) or molecules screening.
The traineeship purpose is to fabricate microfluidic chips to generate water droplets of predefined-size inside a continuous oil phase. The chip design will minimize the oil consumption while being compatible with the ICPMS requirement. Droplets will be visualized by rapid camera settled on microscope or telephoto lens. This study aims to define both microfabrication material and chemical system (oil, surfactant) as well as droplets ejection from microfluidic platform to ICPMS argon plasma.
Internship duration is at least 6 months. The work could possibly be continued in PhD (nanoparticles encapsulation on microfluidic platform and SPICPMS). This interdisciplinary thematic requires team work ability, large scientific curiosity and openness. Instrumentation being a large component of this study, the candidate must show a commitment for experimental laboratory work. A competence in microfabrication, 3D printing or analytical chemistry will be fully appreciated.

Mots clés/Keywords

Chimie analytique, chimie physique, microfabrication, microfluidique, nanoparticules, physico chimie, emulsions, gestion des flu
Analytical Chemistry, microfabrication, microfluidic, nanoparticles, physic chimistry, emulsion

Compétences/Skills

Spectrométrie de masse, ICPMS, microfabrication, photolithographie, microscopie optique
Mass spectrometry, ICPMS, microfabrication, photolithography, optical microscopy

Logiciels

Python, Excel, ..

Synthèse de film composite copolymère/nanoparticules d'or pour des applications en optique.

Spécialité

Matériaux composites

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

06-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

TESTARD Fabienne
+33 1 69 08 96 42

Résumé/Summary

L’objectif du stage est d’obtenir par une approche « bottom-up » des films nanostructurés de copolymères contenant des nanoparticules d’or de différentes formes et tailles, pour des applications dans le domaine des metamatériaux électromagnétiques et des capteurs.

Sujet détaillé/Full description

Avec la possibilité de contrôler la nanostructure d’assemblage diélectrique/métallique à une échelle inférieure à celle de la longueur d’onde de la lumière, une nouvelle classe de matériaux a émergé depuis les années 2000. Ces « metamatériaux » offrent de nombreuses possibilités d’applications dans le domaine de la photonique, optique (lentille super résolue, matériau à indice de réfraction négatif, etc ..). L’approche dite « Top-down » permet d’obtenir ces assemblages aux propriétés optiques recherchées, mais l’obtention facile, à façon et à moindre coût de ces matériaux reste un sujet intense de recherche.
Une autre approche dite « bottom-up » consiste à obtenir des films composites nanostructurés à partir de solution de copolymères et de nanoparticules. Cette approche offre une plus grande versatilité dans la mise en forme des matériaux et des coûts moindres de fabrication. Les preuves de concept ont été obtenues avec des films nanostructurés de copolymères contenant des nanoparticules d’or, mais il reste de nombreuses questions. En particulier, l’influence sur les propriétés optiques de la nanostructure du matériau et de la distribution en taille et forme des nanoparticules métalliques dans le film reste peu décrite.
L’objectif du stage se place dans ce cadre et vise à produire et caractériser des films composites à base de copolymères di-block contenant des nanoparticules d’or isotropes ou anisotropes synthétisées directement dans le film ou préalablement à son dépôt. Le but est de produire des films sans défaut dont la répartition en particule est homogène dans le film, pour des particules de taille et forme contrôlées.

Mots clés/Keywords

matériaux nanostructurés, nanoparticules d’or, nanomatériaux, metamateriaux, physico-chimie, polymères,

Compétences/Skills

AFM, diffusion de rayons X/lumière aux petits angles, microscopie électronique à transmission..

Fonctionnalisation et assemblage de nanoparticules d’or pour la plasmonique et pour la médecine.
Functionalization and assembly of gold nanoparticles for plasmonics and medicine.

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

27-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MARGUET Sylvie
+33 1 69 08 62 83

Résumé/Summary

Nous proposons de fonctionnaliser des nanoparticules d’or pour les rendre biocompatibles (pour la thérapie et la bio-imagerie) et d'élaborer par auto-assemblage des nanostructures 2D pour la plasmonique.
We propose to functionalize gold nanoparticles to make them biocompatible (for therapy and bio-imaging) and to design by self-assembly, 2D nanostructures for plasmonics.

Sujet détaillé/Full description

L'illumination de nanoparticules d'or (AuNPs) déclenche une cascade de processus complexes qui les amène à se comporter comme des nanosources de lumière, de chaleur ou de porteurs chauds (« hot » carriers) selon la morphologie de la NP. Nos activités se concentrent sur la synthèse et l'assemblage de AuNPs de haute qualité, afin de fournir des matériaux originaux pour la plasmonique (1-4) et plus récemment la médecine, via des collaborations. Nous synthétisons des AuNPs non disponibles commercialement, tels que des cubes, triangles, ect… et également des microplaquettes de tailles et d’épaisseurs variables. Il a été récemment montré que les AuNPs, peuvent générer de l'oxygène singlet (1O2) et des radicaux libres de l'eau (ROS) utiles pour la photothérapie du cancer. Les points chauds existants entre des AuNPs, organisées en 2D sur un substrat, permettent de générer des transfert d’électrons et de trous, utiles pour la nanophotochimie. Les microplaquettes sont très prometteuses pour la plasmonique : fabrication F.I.B de nanostructures monocristallines et assemblées en 2D elles offrent des interstices de très petite taille (1nm).
Le stage se déroulera au sein du groupe « EDifices NAnométriques » du CEA-Saclay (DRF-IRAMIS-NIMBE). Il consistera à synthétiser des nanohybrides de type cœur-coquille Au@SiO2 comportant une couche de silice d’épaisseur variable à la surface des AuNPs pour les rendre biocompatibles. Un deuxième volet consistera à auto-assembler des nanoparticules en 2D à l’interface entre deux liquides. Ce travail pourra être poursuivi en thèse.

1-S. Mitiche et al. , J. Phys. Chem. C, 2017, “Near-Field Localization of Single Au Cubes, a Predictive Group Theory Scheme.”
2-M. Pellarin et al. , ACS Nano, 2016, “Fano Transparency in Rounded Nanocube Dimers Induced by Gap Plasmon Coupling.”
3-C.Molinaro et al. , J. Phys. Chem. C, 2016, “Two-photon luminescence of single colloidal gold nanorods: revealing the origin of plasmon relaxation in small nanocrystals”
4-E. Le Moal et al., Physical Review B, 2016, “Engineering the emission of light from a scanning tunneling microscope using the plasmonic modes of a nanoparticle”

Compétences/Skills

MEB, MET

Croissance contrôlée de nanotubes de carbone alignés et mise en forme pour application au stockage de l’énergie
Controlled growth of aligned carbon nanotubes and processing for application to energy storage

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

13-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

PINAULT Mathieu
+33 1 69 08 91 87

Résumé/Summary

Développement de la croissance contrôlée (densité, diamètre...) par CVD de NTC alignés sur des supports d’intérêt pour l’élaboration d’électrodes de supercondensateurs. Élaboration de fibres flexibles 100% NTC
Development of aligned CNTs controlled growth (density, diameter ...) by CVD on metal supports for the development of supercapacitor electrodes. Elaboration of 100% CNT flexible fibres.

Sujet détaillé/Full description

La méthode de CVD (Chemical Vapour Deposition) à partir d’aérosols permet d’obtenir des tapis denses de nanotubes de carbone (NTC) alignés dont les applications sont prometteuses en particulier dans le domaine des électrodes de supercondensateurs pour le stockage électrochimique de l’énergie [1-2] seuls ou en association avec des matériaux actifs : polymères conducteurs et/ou oxydes métalliques (collaboration Universités de Cergy (LPPI), et Tours (PCM2E)). Nous chercherons pour cela à développer la croissance contrôlée de NTC alignés sur des supports d’intérêt pour l’élaboration d’électrodes de supercondensateurs ce qui nécessite un abaissement de la température de croissance des NTC alignés jusqu’à une température inférieure à 650°C. Dans cette optique l’objectif du projet est d’une part de contrôler la synthèse des tapis de NTC alignés sur supports métalliques (Al) ce qui consistera à ajuster les paramètres de synthèse (température, gaz, nature des précurseurs ou du support…) dans le but de maitriser les caractéristiques des NTC formés (alignement, longueur…). Une attention particulière sera portée sur le contrôle du diamètre et de la densité des nanotubes en s’intéressant notamment à l’introduction d’azote dans la structure des nanotubes alignés. D’autre part, avec l’émergence des supercondensateurs sous forme de fibre flexible, l’utilisation de fibres 100%NTC réalisées par filage direct de tapis de NTC alignés synthétisés par CVD aérosol [3] semble prometteuse. L’évaluation de cette approche sera donc au cœur de la 2nde partie du projet.

[1] S. Lagoutte et al, Electrochimica Acta, 130, (2014), 754–765
[2] P. Boulanger et al., Journal of Physics: Conference Series 429 (2013) 012050
[3] S. Ammi et al., CIGRÉ 2017 Colloquium proceeding, (2017)

The aerosol-assisted CVD (Chemical Vapor Deposition) method leads to obtain dense arrays of aligned carbon nanotubes (CNTs), whose applications are promising, in particular in the field of supercapacitor electrodes for electrochemical storage of energy, [1-2] alone or in association with active materials: conductive polymers and/or metal oxides (collaboration Universities of Cergy (LPPI), and Tours (PCM2E)). To this end, we will seek to develop the controlled growth of aligned CNTs on supports of interest for the elaboration of supercapacitors electrodes, which requires a lowering of the growth temperature of aligned CNTs to a temperature below 650°C. Therefore, the objective of the project is to control the synthesis of aligned CNT carpets on metal supports (Al) and will consist in adjusting the synthesis parameters (temperature, gas, nature of the precursors or the support ...) in order to control the characteristics of the CNTs (alignment, length, etc.). Particular attention will be focus on the diameter and density control of nanotubes, with for instance the introduction of nitrogen into the structure of the aligned nanotubes. On the other hand, with the emergence of supercapacitors in the form of flexible fibres, the use of 100% NTC fibres produced by direct dry-spinning of aligned CNT carpets synthesized by aerosol CVD [3] seems promising. The evaluation of this approach will therefore be at the center of the second part of the project.

[1] S. Lagoutte et al, Electrochimica Acta, 130, (2014), 754–765
[2] P. Boulanger et al., Journal of Physics: Conference Series 429 (2013) 012050
[3] S. Ammi et al., CIGRÉ 2017 Colloquium proceeding, (2017)

Compétences/Skills

CVD, MEB, MET, ATG
CVD, SEM, TEM, TGA

Matériaux poreux innovants pour l’analyse glycomique

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

31-01-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

MUGHERLI Laurent
+33 1 69 08 94 27

Résumé/Summary

La structure et la fonction des protéines peuvent être modulées par de nombreuses modifications structurales post-traductionnelles. La glycosylation, qui correspond à l’attachement d’une chaîne oligosaccharidique (OS) à des acides aminés constitutifs d’une protéine donnée, est une des principales modifications, qui concerne environ 50% des protéines eucaryotes, cette proportion pouvant atteindre 70% pour les protéines humaines.
La glycosylation des protéines étant fortement modifiée lors de diverses pathologies (e.g. cancer, polyarthrite rhumatoïde), la nature et les proportions relatives des oligosaccharides liés aux protéines pourraient servir de paramètres déterminants pour diagnostiquer, pronostiquer voire suivre le développement de pathologies.
Dans ce but, l’analyse glycomique consiste à établir le profil des oligosaccharides de l’ensemble des glycoprotéines présentes dans un fluide biologique d’intérêt. Pour ce type d’analyse, la préparation des échantillons (coupure des liaisons OS-protéines, séparation, évaporation, dépôts) est particulièrement cruciale et chronophage. L’objectif de ce stage de Master est de démontrer que les systèmes micro-fluidiques incorporant des matériaux innovants constituent un moyen pertinent pour accélérer significativement la qualité et le débit des analyses.
Le projet de recherche consistera en l'élaboration et la caractérisation d’un matériau présentant une fonction catalytique pour la coupure des liaisons OS-protéines, ainsi que son intégration dans un système micro-fluidique. Les matériaux hybrides poreux seront préparés par le procédé Sol-Gel avec différentes formulations dans le cadre d’un plan d’expériences, et intégrés dans des systèmes microfluidiques simples, comme des capillaires, ou plus avancés (micro-canaux, microréacteurs). En plus de la caractérisation de leurs propriétés texturales et catalytiques, les matériaux mis au point seront évalués dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides (e.g. plasma, liquide céphalorachidien).

Sujet détaillé/Full description

La structure et la fonction des protéines peuvent être modulées par de nombreuses modifications structurales post-traductionnelles. La glycosylation, qui correspond à l’attachement d’une chaîne oligosaccharidique (OS) à des acides aminés constitutifs d’une protéine donnée, est une des principales modifications, qui concerne environ 50% des protéines eucaryotes, cette proportion pouvant atteindre 70% pour les protéines humaines.
La glycosylation des protéines étant fortement modifiée lors de diverses pathologies (e.g. cancer, polyarthrite rhumatoïde), la nature et les proportions relatives des oligosaccharides liés aux protéines pourraient servir de paramètres déterminants pour diagnostiquer, pronostiquer voire suivre le développement de pathologies.
Dans ce but, l’analyse glycomique consiste à établir le profil des oligosaccharides de l’ensemble des glycoprotéines présentes dans un fluide biologique d’intérêt. Pour ce type d’analyse, la préparation des échantillons (coupure des liaisons OS-protéines, séparation, évaporation, dépôts) est particulièrement cruciale et chronophage. L’objectif de ce stage de Master est de démontrer que les systèmes micro-fluidiques incorporant des matériaux innovants constituent un moyen pertinent pour accélérer significativement la qualité et le débit des analyses.
Le projet de recherche consistera en l'élaboration et la caractérisation d’un matériau présentant une fonction catalytique pour la coupure des liaisons OS-protéines, ainsi que son intégration dans un système micro-fluidique. Les matériaux hybrides poreux seront préparés par le procédé Sol-Gel avec différentes formulations dans le cadre d’un plan d’expériences, et intégrés dans des systèmes microfluidiques simples, comme des capillaires, ou plus avancés (micro-canaux, microréacteurs). En plus de la caractérisation de leurs propriétés texturales et catalytiques, les matériaux mis au point seront évalués dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides (e.g. plasma, liquide céphalorachidien).

Mots clés/Keywords

Matériaux poreux, Sol-Gel, microfluidique, catalyse, biomarqueurs

Compétences/Skills

Synthèse Sol-Gel, microscopie électronique (MEB/MET), Isothermes d’adsorption de gaz, microflluidique, spectrométrie de masse à haute résolution (MALDI-TOF).

Croissance contrôlée de nanotubes de carbone alignés sur supports métalliques pour application au stockage de l’énergie
Controlled growth of aligned carbon nanotubes on metal supports for application to energy storage

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

13-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

PINAULT Mathieu
+33 1 69 08 91 87

Résumé/Summary

Contrôler la synthèse des tapis de NTC alignés (alignement, longueur...) sur supports métalliques (feuilles d’Al ou alliages). Comprendre les mécanismes de croissance en menant des analyses de l’interface NTC/Al et des analyses in-situ
Control the synthesis of aligned CNT carpets (length, alignment ...) on metal supports (Al sheets or alloys). Understand the growth mechanisms by conducting CNT/ Al interface and in-situ analyzes

Sujet détaillé/Full description

La méthode de CVD (Chemical Vapour Deposition) à partir d’aérosols permet d’obtenir des tapis denses de nanotubes de carbone (NTC) alignés dont les applications sont prometteuses dans des domaines variés et en particulier dans le domaine des électrodes de supercondensateurs pour le stockage électrochimique de l’énergie [1]. La croissance de NTC alignés sur des supports métalliques d’intérêt, qui jouent le rôle de collecteurs de courant dans des électrodes de supercondensateurs, nécessite un abaissement de la température de croissance des NTC alignés jusqu’à une température inférieure à 650°C. L’objectif du projet est de contrôler la synthèse des tapis de NTC alignés sur supports métalliques (feuilles d’Al ou alliages). L’approche adoptée consistera d’une part à mener des études expérimentales visant à ajuster les paramètres de synthèse (température, gaz, nature des précurseurs carbonés ou du support…) dans le but de maitriser les caractéristiques des NTC formés (alignement, longueur…). D’autre part, nous chercherons à comprendre les mécanismes de croissance en menant des analyses ex-situ sur des échantillons obtenus dans des conditions particulières comme par exemple des analyses de l’interface NTC/Al et des analyses in-situ directement pendant la synthèse des nanotubes.
The aerosol-assisted CVD (Chemical Vapor Deposition) method leads to obtain dense arrays of aligned carbon nanotubes (CNTs), whose applications are promising, in particular in the field of supercapacitor electrodes for electrochemical storage of energy [1]. The growth of CNTs aligned on metallic substrates which act as current collectors in supercapacitor electrodes requires a lowering of the growth temperature of the aligned CNTs to a temperature below 650°C. The objective of the project is to control the synthesis of aligned CNT carpets on metal supports (Al sheets or alloys). The approach will be to adjust the synthesis parameters (temperature, gas, nature of the carbon precursors or the support ...) with the aim of controlling the characteristics of the CNTs (alignment, length ... ). On the other hand, we will try to understand the growth mechanisms by conducting ex-situ analyzes on samples obtained under particular conditions such as for example CNT/Al interface analyzes and in-situ analyzes directly during the synthesis of the nanotubes.

[1] S. Lagoutte et al, Electrochimica Acta, 130, (2014), 754–765
[2] P. Boulanger et al., Journal of Physics: Conference Series 429 (2013) 012050

Compétences/Skills

CVD, SEM, TEM, TGA, Raman
CVD, SEM, TEM, TGA, Raman

Vers une chimie des hautes énergies
High energy chemistry

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

18-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

RENAULT Jean-Philippe
+33 1 69 08 15 50

Résumé/Summary

Le but de ces stages est de mettre en place des méthodologies d’étude ces évenements les plus énergétiques qu’on puisse envisager en chimie - les ionisations en couches internes en utilisant le rayonnement X "mou" (100 - 2keV) pour les déclencher sélectivement autour des différents seuils d'ionisation des constituants de la matière biologique (comme le carbone, l'oxygène, l'azote ou différents métaux aussi présent dans certaines protéines).
The goal of these Masters internships is to set up methodologies to study the most energetic events that can occur in molecule, the ionizations of inner electronic shells It will be done using soft" X-ray radiation (100 - 2 keV) to trigger them selectively around the different ionization thresholds of the constituents of the biological material (such as carbon, oxygen, nitrogen or various metals also present in certain proteins).

Sujet détaillé/Full description

L’effet des rayonnements ionisant est étudiée depuis plus de cent ans, à la fois pour ce qui concerne la dégradation de la matière biologique pour la radiobiologie, mais aussi pour ses nombreuses implications dans le domaine de l'industrie nucléaire.
Les évènements d’ionisations simples par l’Ultra-Violet, correspondant à des dépôts d’énergie de quelques eV (électron Volt) par molécules, sont assez bien d’écrits. Les effets de l’ionisation en couches externes (impliquant les électrons jouant un rôle dans les liaisons chimiques) ou par les particules de hautes énergies sont aussi connus (dépôts de quelques dizaines d’eV conduisant en particulier à la cassure des liaisons OH et CH). Mais les effets des évènements les plus énergétiques qu’on puisse envisager en chimie - les ionisations en couches internes (impliquant les électrons conservant un caractère atomique et ne jouant pas de rôle dans la liaisons chimiques) menant des dépôts d'énergies de plusieurs centaines d’eV à l’échelle d’un atome - sont encore mal compris en phase condensée. Certes, ils demeurent des évènements rares lorsqu’un milieu est exposé à des particules de haute énergie, mais pourtant, leurs effets sur les biomolécules, les protéines et l'ADN pourraient être très significatifs [1] et en particulier être le facteur limitant les études structurales, de microscopie X et sur les lasers à électron libre de haute énergie (XFEL) [2,3].
Le but de ces stages est de mettre en place des méthodologies d’étude ces évènements rares en utilisant le rayonnement X "mou" (100 - 2keV) pour les déclencher sélectivement autour des différents seuils d'ionisation des constituants de la matière biologique (comme le carbone, l'oxygène, l'azote ou différents métaux aussi présent dans certaines protéines).

Dans le cadre de l’ANR HighEnerChem nous proposons différant stages :

Stage 1 ;
Le stagiaire travaillera d’abord sur le développement d’irradiations en cuves à fenêtres ultraminces (150 nm de nitrure de silicium) testées avec succès au seuil du carbone et de l'oxygène. Ces mesures donneront accès aux produits de dégradations aux temps longs (jusqu’à la microseconde).
Il utilisera ces cellules pour mettre en place les méthodes d’analyses [4] permettant de distinguer les produits d’ionisations en couches internes du fond radiolytique. Ces études seront développées sur des petites molécules d’intérêt biologiques. (peptides, sucres, modèles des bases de l’ADN).

Stage 2 ;
Le stagiaire travaillera sur la ligne PLEIADES du Synchrotron SOLEIL, à l’amélioration de la technique de jet liquide sous vide (système qui vient d'être mis en place et testé avec succès sur la ligne de lumière). Celle-ci permet d’effectuer la spectroscopie d’électron sur une solution. Les transferts d'énergies, intervenant après une excitation ou une ionisation en couche interne, entre la molécule organique et le solvant seront étudies. De plus les changements structuraux de la biomolécule après différentes doses d'irradiation pourront être aussi investigués.
The effect of ionizing radiation has been studied for more than hundred years, with regards to the degradation of biological material for radiobiology, but also for its many implications in nuclear industry fields. The events of simple ionizations by Ultra-Violet, corresponding in deposition of energy of a few eV (electron Volt) per molecules, are quite well known. The ionization effects of the outer electronic shells (involving electrons playing a role in the chemical bonds) by high-energy particles are also known (deposition of a few tens of eV, leading in particular to breakage of the OH and CH bonds). But the effects of the most energetic events that can be envisaged in chemistry - the ionizations of inner electronic shells (involving electrons with an atomic character and not playing a role in the chemical bonds) leading to a deposition of energies of several hundred eV on the scale of an atom - are still poorly understood in the condensed phase. Even if they remain rare events, when a medium is exposed to high energy particles, their effects on biomolecules, proteins and DNA could be very significant [1], and in particular could be a limiting factor for structural studies, X-ray microscopy and high-energy free-electron lasers (XFEL) [2,3].
The goal of these Masters internships is to set up methodologies to study these rare events using "soft" X-ray radiation (100 - 2 keV) to trigger them selectively around the different ionization thresholds of the constituents of the biological material (such as carbon, oxygen, nitrogen or various metals also present in certain proteins).

Within this broad topic, we propose different internships.

I1
During the Masters internship, the trainee will perform measurements around the carbon and oxygen edges using an irradiation cell with ultrafine windows (150 nm silicon nitride windows). These measures will give access to degradation products at long times (up to microseconds).. The trainee will initially put in place the analytical methods [4] making it possible to distinguish the products of inner shell ionization from the radiolytic background. These studies will be developed on small molecules of biological interest. (peptides, sugars, DNA base models).

I2 :
During the Masters internship, the trainee will work on the PLEIADES beamline at the SOLEIL Synchrotron, to improve the technique of a vacuum liquid jet (system that has just been successfully tested on the beamline). This technique makes it possible to perform electron spectroscopy on a solution. The energies transfer, after an inner shell excitation or an ionization, between the organic molecule and the solvent will be studied. Moreover, the structural changes of the biomolecule after different irradiation doses could also be investigated.

Mots clés/Keywords

Physique

Compétences/Skills

Fluidique innovante, irradiation radiolyse
Microfluidic, irradiation, radiolysis

Surfaces polymères bactériostatiques
Bacteriostatic polymer surfaces

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

01-06-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CARROT Géraldine
+33 1 69 08 21 49

Résumé/Summary

Stage M1 ou M2 :
Le sujet de ce stage porte sur la synthèse et le greffage sur des surfaces, de polymères bactériostatiques. Le but est d'incorporer ces polymères sous forme de couche ou de copolymère, dans des films de polyéthylène, constituant principal des films alimentaires. En plus de la chimie, les polymères et les surfaces seront caractérisés par diverses techniques d'analyses (RMN, FTIR, XPS, microscopie, angle de contact...), avant de faire l'objet d'études en microbiologie. Ce travail se fera au CEA (Laboratoire LICSEN/NIMBE) pour la partie chimie/caractérisation, en collaboration avec l'INRA-AgroParisTech (Laboratoire B2HM) pour la caractérisation et les tests de microbio. Ce stage bénéficie d’un soutien industriel et peut se poursuivre par une thèse.
M1 or M2 level internship:
This project consists in the synthesis and the surface grafting of bacteriostatic polymers. The objective is to incorporate these polymers as a layer or a copolymer inside polyethylene films (main materials of food films). In addition to chemistry, both polymers and surfaces will be characterized by several analytical techniques (NMR, FTIR, XPS, microscopy, contact angles ...) before being studied in microbiology. This project will be performed at CEA ( Laboratory LICSEN/NIMBE) for the synthesis and surface chemistry part, in collaboration with INRA-AgroParisTech (Laboratory B2HM) for the characterization and microbiological tests. This project has an industrial support and may continue with a PhD thesis.


Sujet détaillé/Full description

Les infections microbiennes sont une des grandes préoccupations de nombreuses applications commerciales comme les textiles, l’emballage alimentaire, la purification de l’eau ou les équipements médicaux. Ici nous nous intéressons surtout à la problématique emballage où le challenge est de diminuer la charge microbienne (pour augmenter la durée de conservation, DLC). Nous chercherons à incorporer préférentiellement des polymères bactériostatiques dans l'emballage car ceux ci présentent l'avantage de posséder à la fois une certaine mobilité et une résistance aux conditions (température, stretching...) utilisées dans les procédés d'emballage. L'objectif de ce projet est donc de former un film polymère bactériostatique (à la fois attractif et biocide) où les bactéries seront piégées afin de limiter leur croissance et leur multiplication, responsable de l'altération du produit. Des résultats prometteurs ont déjà été obtenus sur le greffage de polymères bactériostatiques sur des surfaces et nous chercherons à développer un protocole de synthèse afin de fonctionnaliser des films de polyethylene, matériau principale des films alimentaires. Après la caractérisation des polymères et des surfaces qui se fera avec les techniques disponibles dans les Laboratoires Partenaires de l'INRA et du CEA, des études microbiologiques (en particulier adhésion, viable cultivable et biofilms) seront menées avec les microbiologistes de l'INRA.
Nous recherchons pour ce stage, un étudiant M2 motivé qui possède une solide formation en chimie des polymères et des connaissances en sciences des surfaces (synthèse et caractérisation). Un goût marqué pour la biologie (et en particulier la microbiologie) avec une expérience dans ce domaine est également souhaitable. Enfin, le côté appliqué du projet dans le domaine de la plasturgie doit aussi présenter un intérêt pour le futur candidat... Ce projet possède déjà un financement de thèse qui pourra débuter en octobre 2017 à la suite du stage.
Microbial infections are a major concern for many commercial applications such as textiles, food packaging, water purification or medical equipment. Here we are interested mainly in packaging where the challenge here is to reduce the microbial loading (to increase shelf life). The objective is to preferentially incorporate bacteriostatic polymers in packaging due to their advantages of having some mobility and resistance to packaging process conditions (temperature, stretching ...). The objective of this project is to form a bacteriostatic polymer film (both attractive and biocide) where bacteria will be trapped to limit their growth and multiplication, responsible for spoilage. Promising results have already been obtained on the grafting of bacteriostatic polymers onto surfaces and we want to develop a synthetic protocol to functionalize polyethylene films, main material of food films. After characterization of polymers and surfaces that will be performed with the techniques available in Partners' Laboratories (INRA and CEA), microbiological studies (especially adhesion, viable cultivable and biofilms) will be conducted with microbiologists from INRA.
We are looking for a very motivated student with a solid background in polymer chemistry and surface science (synthesis and characterization). An interest for biology (especially microbiology) with experience in this field is desirable. Finally, the applied side of the project in the field of plastics should also be of interest for the future candidate ... This project already has a PhD funding (beginning in October 2017), following the internship.

Mots clés/Keywords

Chimie des polymères, fonctionnalisation de surface, films alimentaires
Polymer chemistry, surface fonctionnalisation, food films

Compétences/Skills

Synthèse polymères, FTIR, Angle de contact, microscopie, profilométrie, XPS
Polymer chemistry, FTIR, Contact angle, microscopy, profilometry, XPS

Intermédiaire de nucléation dans la biocristallisation calcaire
Nucleation intermediate in calcareous biocrystallization

Spécialité

Physique des liquides

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

27-04-2018

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CHEVALLARD Corinne
+33 1 69 08 52 23

Résumé/Summary

L’étude de la minéralisation chez les organismes vivants, ou « biominéralisation », sera menée en développant des systèmes modèles physico-chimiques. Les expériences réalisées se focaliseront sur le biocristallisation calcaire, et auront pour but de tester l’hypothèse d’une séparation de phase liquide-liquide dans le processus de nucléation cristalline biogénique.
The study of mineralization in living organisms, or "biomineralization", will be conducted by developing physico-chemical model systems. The experiments will focus on calcareous biocrystallization, and will test the hypothesis of a liquid-liquid phase separation in the biogenic process of crystal nucleation.

Sujet détaillé/Full description

Les organismes vivants ont la capacité de produire des structures minérales, ou « tissus durs » (dents, os, exosquelettes, etc.), dont les formes et propriétés mécaniques sont totalement adaptées à la fonctionnalité biologique ciblée [1]. La compréhension fine des mécanismes de biominéralisation est activement recherchée car elle est un prérequis au développement de voies de synthèse bio-inspirées permettant l’élaboration de nouveaux matériaux avec un très faible apport énergétique. Trois traits caractéristiques de la biominéralisation calcaires semblent émerger : (i) la précipitation de la phase minérale s’effectue toujours sous le contrôle de macromolécules organiques [1]; (ii) une phase minérale amorphe pourrait apparaître transitoirement et serait à l’origine des morphologies complexes observées [2]; (iii) tous les biocristaux calcaires présentent une nanostructuration, sous la forme d’un assemblage de granules de forme sphéroïdale et de taille caractéristique allant de 50 à 500 nm [3].
Nous nous proposons d’utiliser le point de vue de la physico-chimie pour comprendre les mécanismes génériques de la biominéralisation [4]. Une hypothèse actuellement en cours est que, avant même la nucléation cristalline, une séparation de phase liquide-liquide pourrait générer un intermédiaire liquide enrichi en minéraux qui se solidifierait pour donner des « granules » amorphes. La cristallisation de ces granules, intervenant dans un deuxième temps, conduirait au biocristal sous sa forme définitive avec une cohérence cristalline étendue à quelques granules.
Dans le cadre de ce stage, nous testerons cette hypothèse en mettant en œuvre des expériences de minéralisation du carbonate de calcium en présence de macromolécules organiques, pour lesquelles une séparation de phase liquide-liquide est attendue [5]. Nous chercherons dans un premier temps à préciser les conditions expérimentales permettant le développement d’une telle séparation de phase, en effectuant notamment des expériences de titrage de solutions carbonatées par des solutions de calcium, et en réalisant un suivi de la concentration calcique à l’aide d’une électrode ionique adaptée. Lorsque les conditions seront identifiées, nous réaliserons des synthèses de cristaux dans ces conditions, supposées biomimétiques, et collecterons les cristaux formés afin de les caractériser par des techniques de laboratoire (microscopies optiques, spectroscopies IR/Raman, diffusion/diffraction X) et de les comparer aux biocristaux calcaires. Nous envisageons ici l’utilisation d’un dispositif microfluidique permettant le mélange rapide et reproductible des espèces réactives.
Ce stage se déroulera dans le cadre d’un projet européen (3D-BIOMAT, ERC consolidator grant) développé en collaboration avec des physiciens de l’Institut Fresnel (UMR 7249, Marseille) et des biologistes de la station IFREMER de Polynésie française. Les résultats obtenus permettront d’avancer dans la formulation d’un modèle physico-chimique de la biocristallisation calcaire, but ultime de ce projet.

[1] H.A. Lowenstam and S. Weiner, On Biomineralization (New York), 1989.
[2] L. Addadi, et al., Z. Kristallogr., 227: 711, 2012.
[3] Y. Dauphin, Mineral. Mag., 72: 243, 2008.
[4] Y.-H. Tseng, et al., CrystEngComm, 16: 561, 2014.
[5] L. B. Gower, D. J. Odom, J. Cryst. Growth, 210: 719, 2000.
Living organisms are able to produce mineralized structures, or "hard tissues" (teeth, bones, exoskeletons, etc.), the shape and mechanical properties of which are fully adapted to the targeted biological functionality [1]. The fine understanding of the biomineralization mechanisms is actively being sought because it is a prerequisite for the development of bio-inspired pathways of synthesis allowing the development of new materials with very low energy input. Three characteristic features of calcareous biomineralization seem to emerge: (i) the precipitation of the mineral phase is always carried out under the control of organic macromolecules [1]; (ii) an amorphous mineral phase could appear transiently and would explain the observed complex morphologies [2]; (iii) all calcareous biocrystals exhibit a nanostructuring in the form of an assembly of granules, with a spheroidal shape and a characteristic size ranging from 50 to 500 nm [3].
We propose to use a physicochemical perspective to understand the generic mechanisms of biomineralization [4]. One current hypothesis is that, even before crystal nucleation, a liquid-liquid phase separation could generate a mineral-enriched liquid intermediate that would solidify and produce amorphous "granules". The subsequent assembly and crystallization of these granules would lead to the biocrystal in its final state, with a crystalline coherence extended to a few granules.
During this internship, we will test this hypothesis by implementing calcium carbonate mineralization experiments in the presence of organic macromolecules, for which a liquid-liquid phase separation is expected [5]. We will first try to specify the experimental conditions allowing the development of such a phase separation, in particular carrying out titration experiments of carbonated solutions by calcium solutions, and monitoring the calcium concentration at the same time using a suitable ion electrode. When conditions will be identified, we will synthesize crystals under these supposedly biomimetic conditions and we will collect the crystals formed for characterization using laboratory techniques (optical microscopies, IR / Raman spectroscopies, X-ray diffraction) and comparison with the calcareous biocrystals. Here the use of a microfluidic device allowing fast and reproducible mixing of the reactive species will be considered.
This internship will take place within the framework of a European project (3D-BIOMAT, ERC consolidator grant) developed in collaboration with physicists of the Fresnel Institute (UMR 7249, Marseille) and biologists of the IFREMER laboratory of French Polynesia. The obtained results will help in formulating a physicochemical model of calcareous biocrystallization, the ultimate goal of this project.

[1] H.A. Lowenstam and S. Weiner, On Biomineralization (New York), 1989.
[2] L. Addadi, et al., Z. Kristallogr., 227: 711, 2012.
[3] Y. Dauphin, Mineral. Mag., 72: 243, 2008.
[4] Y.-H. Tseng, et al., CrystEngComm, 16: 561, 2014.
[5] L. B. Gower, D. J. Odom, J. Cryst. Growth, 210: 719, 2000.

Mots clés/Keywords

croissance cristalline, nanosciences, biominéralisation
crystal growth; nanosciences, biomineralization

Compétences/Skills

Titrations chimiques et mesures sélectives d'ions (électrodes ioniques). Microscopie optique (biréfringence), électronique (SEM, TEM) et spectroscopies infrarouge/Raman, diffusion/diffraction X.
Chemical titrations and ion selective measurements (ion selective electrodes). Optical microscopy (birefringence), electron (SEM, TEM) and infrared / Raman spectroscopies, X-ray scattering / diffraction.

Logiciels

Windows - Logiciel standards de bureautique

Nano-objets polymères et hybrides sous irradiation
Polymer and hybrid nano-objects under irradiation

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

02-05-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CARROT Géraldine - RENAULT Jean-Philippe
+33 1 69 08 21 49

Résumé/Summary

Stage M1 ou M2 :
Le projet consiste à synthétiser et à caractériser des nanoparticules polymères à partir de copolymères amphiphiles dont un des blocs est radiosensible. L'autre voie explorée consiste à former des nanoparticules métalliques (effet radiosensibilisant) avec une couronne polymère. L'objectif est ensuite d'incorporer dans ces objets des principes actifs (par interactions hydrophobes ou greffage covalent).
M1 or M2 level internship:
The project consists in the synthesis and the characterization of polymer nanoparticles from amphiphilic copolymers with one radiosensitive block. The other issue is to form metal nanoparticles (radiosensitizing effect) with a polymer corona. The objective is then to incorporate drugs inside these objects (by hydrophobic interactions or covalent grafting).

Sujet détaillé/Full description

Ce projet repose sur le développement de nouveaux systèmes de relargage de principes actifs basés sur la dégradation de polymères par irradiation. Ce type de stimulus n'a jamais été exploré auparavant, pour de telles applications. Cela permet d'envisager un vrai couplage radiothérapie/ chimiothérapie qui se différencie du simple relargage ciblé. Jusqu'ici, nous avons vérifié la faisabilité du procédé par des expériences sur divers films polymères (augmentation du relargage avec la dose d’irradiation). Maintenant, l'objectif est de réaliser la synthèse d'une bibliothèque de copolymères amphiphiles originaux, avec un bloc polymère soluble dans l'eau/biocompatible, et un autre bloc hydrophobe/radiosensible. L'auto-assemblage dans des micelles ou des vésicules mènera à des objets avec un coeur radiosensible où sera localisé le principe actif. Une autre stratégie consiste en l'utilisation d'objets hybrides à base de nanoparticules métalliques (NPs) qui augmentent localement l’effet du rayonnement. Les NPs seront soit incorporées directement dans les micelles polymères, soit fonctionnalisées par une couronne de polymère où pourra être greffé ultérieurement le principe actif. Le premier avantage de ces nouveaux systèmes est de contrôler plus finement le ciblage des principes actifs vers les cellules tumorales afin de limiter les effets secondaires liés à la chimiothérapie et la radiothérapie, via la position du faisceau d'irradiation et/ou les doses absorbées.

Le stage pourra commencer dès le premier trimestre 2016. Merci de prendre garde au délai de traitement des dossiers et de prendre contact au plus tôt avec les responsables.
This project involves the development of new delivery systems for drugs based on the degradation of polymers by irradiation. This new stimulus has never been explored for such applications. This permits to consider a coupled chemo- and radiotherapy beyond the simple trigger release. So far, we have checked the feasibility of the process via experiments on various polymer films. Now, the objective is to perform the synthesis of a library of original amphiphilic copolymers, i.e. with a water-soluble/biocompatible part, together with a hydrophobic/radiosensitive part. The self-assembly into micelles or vesicles will lead to objects with a radiosensitive core where the drug will be located. The other strategy consists in the use of hybrid objects based on metallic nanoparticles (NPs) which increase the local radiation effect. The NPs will be either incorporated to the polymer micelle core, or functionalized with a polymer corona. The first advantage of these new systems is to control more finely the targeting of drug to the tumor cells and to avoid the side effects associated with chemotherapy and radiotherapy, by controlling the position of the irradiating beam and /or the absorbed doses.

Mots clés/Keywords

Chimie des matériaux, Polymères, Organique/ inorganique, Nano-objets
Materials chemistry, Polymers, Organic/ Inorganic, Nano-objects

Compétences/Skills

Synthèses polymères, Chimie organique, Chromatographie d' exclusion stérique (GPC), Spectroscopie UV et FTIR, Thermogravimétrie (TGA), Diffusion de la Lumière.
Polymer synthesis, organic chemistry, SEC, UV and FTIR spectroscopies, TGA, light scattering, etc...

Logiciels

Excel, Origin

Caractérisation de nanoparticules dans les aliments par SAXS et MEB

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

05-04-2018

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

TACHE Olivier
+33 1 69 08 64 84

Résumé/Summary

Le sujet de stage vise à l’étude des nanoparticules dans les aliments, notamment des travaux sur l’élaboration/amélioration de protocoles de préparation, la caractérisation par Diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) au CEA, caractérisation par microscopie (au LNE), la comparaison des mesures et des méthodes

Sujet détaillé/Full description

Le secteur de l’industrie alimentaire a de plus en plus recours à différents types de nanoparticules (SiO2/E551, TiO2/E171, Ag/E174 etc…) utilisés comme additifs (colorants, anti-agglomérant). Or la démonstration du caractère nano selon les recommandations de la Commission Européenne nécessite de déterminer la distribution granulométrique et la mesure du diamètre médian (seuil des 50% inférieur à 100nm). La métrologie des nanoparticules dans l’alimentation devient un enjeu sociétal important.
Le SAXS (« Small Angle X-Ray Scattering ») est une technique complémentaire à la microscopie qui permet une caractérisation très précise des nanoparticules in-situ, sans (ou peu) de préparation de l’échantillon, et l’obtention des mesurandes nécessaires à la recommandation européenne (forme, taille, distribution en taille, surface spécifique). Or il n’existe pas de travaux scientifiques sur les mesures de nanoparticules dans l’alimentation par SAXS en laboratoire, avec comparaison à la microscopie.

Mots clés/Keywords

Nanoparticules

Compétences/Skills

SAXS, MEB, DLS

Etude de matériaux poreux par RMN en phase gazeuse.
Study of porous materials by NMR in gas phase

Spécialité

Spectroscopie

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

13-06-2018

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BOUTIN Céline
+33 1 69 08 47 37

Résumé/Summary

Le stage consistera dans l’étude par RMN et IRM du 129Xe et du 13CO2 de matériaux poreux constitués d’un mélange de polymères –MOFs. Des développements en microfluidique permettant de réaliser des expériences sous flux de gaz y seront associés.
The course will consist on the 129Xe and 13CO2 NMR and MRI study of porous materials made of a polymer blend -MOFs and on microfluidics developments to perform experiments under gas flow will be also .

Sujet détaillé/Full description

Des études préliminaires, réalisées en collaboration entre le LSDRM (CEA Saclay) pour la partie RMN et l’Institut Lavoisier (ILV) pour synthèse des matériaux, ont montré la possibilité de détecter des interactions entre des gaz comme le 129Xe ou le 13CO2 et des membranes mixtes polymères-MOFs. Ces résultats sont prometteurs et demandent à être approfondis.
L’objet de ce stage de master 2, d’une durée de 5 mois, sera :
1) d’optimiser les mesures RMN de ces gaz sondes, et d’étendre leur utilisation à d’autres membranes mixtes ou MOFs d’intérêt. Cela nous permettra de caractériser leur structure et d’extraire des paramètres physiques clés dans les matériaux poreux comme des constantes d’affinité, des vitesses de diffusions, des tailles de pores, etc.
2) Le LSDRM développe actuellement un système de microfluidique permettant de réaliser des expériences de RMN et d’IRM sous flux de gaz ou de liquide. Le stagiaire adaptera ce système à l’étude de matériaux poreux.
Preliminary studies, carried out in collaboration between the LSDRM (CEA Saclay) for the NMR part and the Lavoisier Institute (ILV) for synthesis of materials, have shown the possibility of detecting interactions between gases such as 129Xe or 13CO2 and mixed polymer-MOFs membranes. These results are promising and need to be deepened.
The subject of this Master 2 internship, for 5 months, will be:
1) to optimize the NMR measurements of these probe gases, and to extend their use to other mixed membranes or MOFs of interest. This will enable us to characterize their structure and to extract key physical parameters in porous materials such as affinity constants, diffusion rates, pore sizes, etc.
2) The LSDRM is currently developing a microfluidic system for performing NMR and MRI experiments under gas or liquid flow. The trainee will adapt this system to the study of porous materials.

Mots clés/Keywords

Matériaux poreux
Porous materials

Compétences/Skills

RMN, IRM Impression 3D
NMR, MRI 3D printing

Logiciels

Des connaissances en CAO seraient un plus.

 

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