Jerome POLESEL

Développements de systèmes originaux à base de sondes locales (piezoresistive cantilevers, piezoelectric probes, Nanodispensing hollow cantilevers, cantilever arrays)

Techniques: AFM (contact, AM-AFM, FM-AFM, PM-AFM) in UHV, air and liquid environments. STM. SEM. Optical and Fluorescence Microscopy.

Quelques résultats

Atomes, molécules, protéines et surface:

[] Un nouveau type de microscope AFM dynamique pour la biologie basé sur résonateur piézoélectrique Tuning Fork pour scruter des protéines isolées (ici des anticorps IgG et IgM). En contrôlant la chimie de la pointe de cette nouvelle sonde, on peut aussi opérer du « harponnage » moléculaire sélectif sur des protéines (ici la BSA) pour quantifier les forces et énergies de liaison. On parle de spectroscopie de force AFM.

[] Un diapason piézoélectrique (Tuning Fork) pour scruter simultanément les propriétés mécaniques (AFM) et électroniques (STM) à l’échelle de la molécule, pilotage AFM d’une puce silicium avec un Tuning fork:

Fait Marquant CEA Saclay-IRAMIS :
Deux en un ! Microscopies STM-AFM combinées pour l’étude mécanique et électronique à l’échelle moléculaire

[] Implémentation d’un dispositif de nanorobotique basé sur une sonde locale à résonateur piézoélectrique dans un microscope électronique à balayage (MEB) pour la caractérisation in situ mécanique et électrique de micro- et nano- systèmes (MEMS et NEMS). Dynamique en détection de force de 100 pN à 100μN. Electronique breveté (Fiche_valorisation).

[] Un AFM interférométrique à réseaux de leviers fonctionnant en parallèle. Cet instrument original permet de piloter des matrices de cantilevers (silicium, polymères, etc …) pour effectuer plusieurs images AFM en parallèle, mais aussi pour réaliser de la spectroscopie de forces multileviers en parallèle. Les enjeux touchés par cette machine concernent l’imagerie en milieu biologique de cellules, ainsi que l’étude des greffages biochimiques (ex: antigène-anticorps) et l’étude des propriétés élastiques des cellules. Cette technologie est brevetée (EP2336789).

[] Microsalle blanche (CEMES-CNRS, France, Groupe NanoScience). Modification d’un VT-AFM d’ Omicron NanoTechnology GmbH pour réaliser de la nanolithographie avec des cantilevers AFM Nanostencil :

[] Ilots d’or et octanedithiol sur MoS₂(0001), carboxylates sur TiO₂(110), cristal nu de KBr(001) (CEMES-CNRS, France, Groupe NanoScience):

Réseaux de microleviers, capteurs intégrés, nanofluidique et surface thermosensible pour la biologie cellulaire:

[] “Probe Array Technology” avec des leviers piézorésistifs passivés pour opérer en solution biologique (CSEM SA, Switzerland, division Nanotechnologies and Life Sciences):

[] FluidFM^TM un outil unique pour scruter et injecter dans la cellule biologique (CSEM SA, Switzerland, division Nanotechnologies and Life Sciences) (ETH Zürich, Switzerland, Laboratory of Biosensors and Bioelectronics). Spin-off de l’ETHZ proposant cette nano-seringue : Cytosurge LLC

[] Etude en AM-AFM en milieu liquide d’un film de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) fixé sur une surface de silicium, autour de la température de transition hydrophile/hydrophobe. Cette surface thermosensible est utilisée pour l’ingénierie de tissus cellulaires (CSEM SA, Switzerland, division Nanotechnologies and Life Sciences):

Comprendre la machine AFM, Effets non-linéaires et simulations numériques:

[] Effets de non-linéarité induits par l’interaction pointe-surface sur les propriétés de résonance de la sonde (CEMES-CNRS, France, Groupe NanoScience):

[] L’AFM virtuel (vAFM, virtual AFM) simulant de façon réaliste le comportement d’un AFM (boucles de rétro-action, bruits, vitesse de balayage, …) avec des champs de force pointe-surface réalistes (CEMES-CNRS, France, Groupe NanoScience), (King’s College of London, Lev Kantorovich and Tom Trevethan):

CV

2012 Habilitation à Diriger des Recherches (HDR): “Nouvelles approches pour la nano-caractérisation, et la micro- et nano-robotique par sondes locales” (Université de Versailles)

2005-2008 Chercheur/Ingénieur R & D, CSEM SA (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique SA), Neuchâtel (Suisse), division Nanotechnology & Life Science ( http://www.csem.ch/ )

2002-2005 PhD (Doctorat) en Nanophysique, Nanocomposant et Nanomesure : ” Modélisations et Expérimentations en Microscopie à Force Atomique Dynamique en Ultra Vide ” (Université Paul Sabatier Toulouse III) – Mention Très Honorable (CEMES-CNRS Groupe NanoScience)

2001 DEA (Master2) de Nanophysique, Nanocomposant et Nanomesure (Université Paul Sabatier Toulouse III) – Major – Mention Très Bien

2000 Maîtrise Physique (Université Paul Sabatier Toulouse III) – Mention Bien

1999 Licence Physique (Université Paul Sabatier Toulouse III) – Mention Bien

Publications scientifiques

Publications dans la base publiCEA

2013

[] J. C. Acosta, J. Polesel-Maris, F. Thoyer, H. Xie, S. Haliyo, S. Régnier, “Gentle and Fast Atomic Force Microscopy with piezoelectric scanning probe for Nanorobotics Applications”, Nanotechnology 24, 065502 (2013)

[] A. Makky, P. Viel, S. W. Chen, T. Berthelot, J. Pellequer, J. Polesel-Maris, “Piezoelectric Tuning Fork probe for AFM imaging and Specific recognition Force Spectroscopy of an enzyme and its ligand”, Journal of Molecular Recognition, sous presse (2013)

[] X. Li, C. Hugon, J. Polesel-Maris, V. Martinez, D. Sakellariou, “Simple procedure for the fabrication of flexible NMR shim coils”, Comptes Rendus de l’Académie des Sciences:Chimie, en ligne (2013), doi:10.1016/j.crci.2013.05.008

2012

[] E. Potthoff, O. Guillaume-Gentil, D. Ossola, J. Polesel-Maris, S. LeibundGut-Landmann, T. Zambelli, J. A. Vorholt, “Rapid and serial quantification of adhesion forces of yeast and mammalian cells”, Plos One 7, e52712 (2012)

[] A. Makky, Th. Berthelot, C. Feraudet-Tarisse, H. Volland, P. Viel, J. Polesel-Maris, “Substructures High Resolution Imaging of Individual IgG and IgM Antibodies with Piezoelectric Tuning Fork Atomic Force Microscopy”, Sensors and Actuators B: Chemical 162(1), 269-277 (2012), doi:10.1016/j.snb.2011.12.077

[] J. Polesel-Maris, Th. Berthelot, “Une nouvelle sonde locale pour la microscopie à force atomique en milieu biologique”, Photoniques 60, 51-54 (2012), doi:10.1051/photon/20126051

[] J. Polesel-Maris, J. Legrand, Th. Berthelot, A. Garcia, P. Viel, A. Makky, S. Palacin, “Force Spectroscopy by Dynamic Atomic Force Microscopy on Bovine Serum Albumin proteins changing the tip hydrophobicity, with piezoelectric tuning fork self-sensing scanning probe”, Sensors and Actuators B: Chemical 161(1), 775-783 (2012) , doi:10.1016/j.snb.2011.11.032

2011

[] J. Polesel-Maris, C. Lubin, F. Thoyer, J. Cousty, “Combined dynamic STM and FM-AFM investigations on polythiophene chains on graphite with a tuning fork sensor”, Journal of Applied Physics 109, 074320 (2011), doi:10.1063/1.3556437

[] A. Garcia, J. Polesel-Maris, P. Viel, S. Palacin and Th. Berthelot, “Localized Ligand Induced Electroless Plating (LIEP) Process for the Fabrication of Copper Patterns Onto Flexible Polymer Substrates”, Advanced Functional Materials 21(7), (2011), doi:10.1002/adfm.201100041

[] J. C. Acosta, G. Hwang, J. Polesel-Maris, S. Régnier, “A tuning fork based wide range mechanical characterization tool with nanorobotic manipulators inside a scanning electron microscope”, Review of Scientific Instruments 82, 035116 (2011), doi:10.1063/1.3541776

[] M. Favre, J. Polesel-Maris, T. Overstolz, P. Niedermann, S. Dasen, G. Gruener, R. Ischer, P. Vettiger, M. Liley, H. Heinzelmann, A. Meister, “Parallel AFM imaging and force spectroscopy using two-dimensional probe arrays for applications in cell biology”, Journal of Molecular Recognition 24(3), 446-452 (2011), doi:10.1002/jmr.1119

2010

[] J. Hayton, J. Polesel-Maris, R. Demadrille, M. Brun, F. Thoyer, C. Lubin, J. Cousty and B. Grévin, “Atomic force microscopy imaging using a tip-on-chip: Opening the door to integrated near field nanotools”, Review of Scientific Instruments 81, 093707 (2010), doi:10.1063/1.3477996

[] A. Garcia, Th. Berthelot, P. Viel, J. Polesel-Maris and S. Palacin, “Microscopic study of a Ligand Induced Electroless Plating process onto polymers”, ACS Applied Materials & Interfaces 2(11), 3043-3051 (2010), doi:10.1021/am100907j

[] J. C. Acosta, G. Hwang, F. Thoyer, J. Polesel-Maris, S. Régnier, “Tuning Forks based in situ SEM nanorobotic manipulation system for Wide Range mechanical characterization of ultra flexible nanostrustures”, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, 5780 (2010)

2009

[] J. Polesel-Maris, M.A. Venegas de la Cerda, D. Martrou, S. Gauthier, “Noise in Frequency Modulation-Dynamic Force Microscopy”, Physical Review B 79, 235401 (2009), doi:10.1103/PhysRevB.79.235401, Editors’ Suggestion

[] A. Meister, M. Gabi, J. Polesel-Maris, P. Behr, P. Studer, J. Vörös, P. Niedermann, J. Przybylska, M. Liley, H. Heinzelmann, T. Zambelli, “FluidFM: combining atomic force microscopy and nanofluidics in a universal liquid delivery system for single cell applications and beyond”, Nano Letters 9(6), 2501 (2009), doi:10.1021/nl901384x, recommended by the Faculty of 1000 (the most important advances in biology)

[] H. Heinzelmann, A. Meister, P. Niedermann, J. Polesel-Maris, J. Bitterli, M. Liley, M. Gabi, , P. Behr, P. Studer, J. Vörös, T. Zambelli, “NADIS: A Novel AFM-based Tool for Dispensing Fluids into Single Cells”, Microscopy and Analysis 23(6), (2009), Image of the Month

[] A. Meister, J. Polesel-Maris, P. Niedermann, J. Przybylska, P. Studer, M. Gabi, P. Behr, T. Zambelli, M. Liley, J. Vörös, H. Heinzelmann, “Nanoscale dispensing in liquid environment of streptavidin on a biotin-functionalized surface using hollow atomic force microscopy probes,” Microelectronic Engineering 86, 1481 (2009), doi:10.1016/j.mee.2008.10.025

[] L. Pham Van, V. Kyrylyuk, J. Polesel-Maris, F. Thoyer, C. Lubin, J. Cousty, “Experimental Three-Dimensional Description of the Liquid Hexadecane/Graphite Interface,” Langmuir 25 (2), 639-642 (2009)

[] F. Montagne, J. Polesel-Maris, R. Pugin, H. Heinzelmann, “Poly(N-isopropylacrylamide) Thin Films Densely Grafted onto Gold Surface: Preparation, Characterization, and Dynamic AFM Study of Temperature-Induced Chain Conformational Changes,” Langmuir 25 (2), 983-991 (2009)

2008

[] G. Weder, M. Giazzon, J. Polesel-Maris, J. Vörös, M. Liley, H. Heinzelmann , “Measuring cell adhesion forces as a function of the cell cycle by force spectroscopy”, Journal of Biomechanics 41, S22 (2008), doi:10.1016/S0021-9290(08)70022-8

2007

[] T. Trevethan, M. Watkins, A. L. Shluger, S. Gauthier, L. N. Kantorovich, “A comparison of dynamic atomic force microscope set-ups for performing atomic scale manipulation experiments”, Nanotechnology 18 (34), 345503 (2007), doi:10.1088/0957-4484/18/34/345503

[] T. Trevethan, L. Kantorovich, J. Polesel-Maris, S. Gauthier, A. Shluger, “Multiscale model of the manipulation of single atoms on insulating surfaces using an atomic force microscope tip”, Physical Review B 76 (8), 085414 (2007), doi:10.1103/PhysRevB.76.085414

[] T. Trevethan, L. Kantorovich, J. Polesel-Maris, S. Gauthier, “Is atomic-scale dissipation in NC-AFM real? Investigation using virtual atomic force microscopy”, Nanotechnology 18 (8), 84017-84017 (2007), doi:10.1088/0957-4484/18/8/084017

[] J. Polesel-Maris and S. Gauthier, “Noise in Frequency Modulation-Dynamic Force Microscopy”, Journal of Physics: Conference Series 61, 949-954 (2007), doi:10.1088/1742-6596/61/1/188

[] J. Polesel-Maris, L. Aeschimann, A. Meister, R. Ischer, E. Bernard, T. Akiyama, M. Giazzon, P. Niedermann, U. Staufer, R. Pugin, N. F. de Rooij, P. Vettiger, H. Heinzelmann, “Piezoresistive cantilever array for life sciences applications”, Journal of Physics: Conference Series 61, 955-959 (2007), doi:10.1088/1742-6596/61/1/189

[] H. Guo, D. Martrou, T. Zambelli, J. Polesel-Maris, A. Piednoir, E. Dujardin, S. Gauthier, M. A. F. van den Boogaart, L. M. Doeswijk, J. Brugger, “Nanostenciling for fabrication and interconnection of nanopatterns and microelectrodes”, Applied Physics Letters 90 (9), 93113 (2007), doi:10.1063/1.2710473

[] T. Akiyama, L. Aeschimann, L. Chantada, N. F. de Rooij, H. Heinzelmann, H. P. Herzig, O. Manzardo, A. Meister, J. Polesel-Maris, R. Pugin, U. Staufer, P. Vettiger, “Concept and demonstration of individual probe actuation in two-dimensional parallel atomic force microscope system”, Japanese Journal of Applied Physics Part 1 46 (9B), 6458-6462 (2007), doi:10.1143/JJAP.46.6458

[] L. Aeschimann, F. Goericke, J. Polesel-Maris, A. Meister, T. Akiyama, B. Chui, U. Staufer, R. Pugin, H. Heinzelmann, N. F. de Rooij, W. P. King, P. Vettiger, “Piezoresistive scanning probe arrays for operation in liquids”, Journal of Physics: Conference Series 61, 6-10 (2007), doi:10.1088/1742-6596/61/1/002

2006

[] T. Trevethan, M. Watkins, L. N. Kantorovich, A. L. Shluger, J. Polesel-Maris, S. Gauthier, “Modelling atomic scale manipulation with the non-contact atomic force microscope”, Nanotechnology 17 (23), 5866-5874 (2006), doi:10.1088/0957-4484/17/23/026

[] J. Polesel-Maris, H. Guo, T. Zambelli, S. Gauthier, “Mapping van der Waals forces with frequency modulation dynamic force microscopy”, Nanotechnology 17 (16), 4204-4211 (2006), doi:10.1088/0957-4484/17/16/034

2005

[] J. Polesel-Maris and S. Gauthier, “A virtual dynamic atomic force microscope for image calculations”, Journal of Applied Physics 97 (4), 044902 (2005), doi:10.1063/1.1841462

2004

[] J. Polesel-Maris, A. Piednoir, T. Zambelli, X. Bouju, S. Gauthier, “An experimental investigation of resonance curves on metallic surfaces in dynamic force microscopy: the influence of frozen versus mobile charges”, Nanotechnology 15 (2), S24-S29 (2004), doi:10.1088/0957-4484/15/2/006

2003

[] J. Polesel-Maris, A. Piednoir, T. Zambelli, X. Bouju, S. Gauthier, “Experimental investigation of resonance curves in dynamic force microscopy”, Nanotechnology 14 (9), 1036-1042 (2003), doi:10.1088/0957-4484/14/9/319

[] C. Bringer, V. Bardinal, L. Averseng, J. Polesel-Maris, T. Camps, P. Dubreuil, C. Fontaine, E. Bedel-Pereira, C. Vergnenegre, “Study of the photodetection behaviour of oxide-confined vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs)”, Physica E-Low-Dimensional Systems & Nanostructures 17 (1-4), 470-471 (2003), doi:10.1016/S1386-9477(02)00841-X

2002

[] V. Bardinal, L. Averseng, C. Bringer, T. Camps, J. Polesel-Maris, P. Dubreuil, C. Fontaine, E. Bedel-Pereira, C. Vergnenegre, A. Munoz-Yague, “Experimental demonstration of oxide-mode influence in a dual-purpose oxide-confined vertical-cavity surface-emitting laser/resonant detector”, Applied Physics Letters 81 (10), 1771-1772 (2002), doi:10.1063/1.1506013

Livre, Chapitre de livre

[] J. Polesel, “Microscopie à Force Atomique Dynamique : Eléments de Modélisation et Expérimentations en AFM
“, Editions universitaires europeennes, Südwestdeutscher Verlag für Hochschulschriften GmbH & Co. (2011), ISBN 978-613-1-55954-9

[] C. Santschi, J. Polesel-Maris, J. Brugger, H. Heinzelmann, in Nanofabrication: Fundamentals and Applications, edited by A. Tseng (World Scientific publishing Co. Pte. Ltd., Hackensack, USA, 2008), p. 65, ISBN 978-981-270-076-6

Brevets

[] J. Polesel-Maris, Th. Berthelot, “Biosensor and method of manufacturing such a biosensor”, FR2971851, WO2012114227

[] J. Polesel-Maris, Th. Berthelot, P.Viel, “Atomic force microscope probe, method for preparing same, and uses thereof “, FR2969762, WO2012084994

[] J. Polesel , “Device for homothetic projection of a pattern onto the surface of a sample, and lithography method using such a device”, FR2966941, WO2012055833

[] J. Polesel, “Electronic control and amplification device for a piezoelectric local probe for measuring force beneath a particle beam”, WO2011092225, FR2955938

[] J. Polesel-Maris, A. Meister, G. Gruener, “Parallel cantilever deflection measurement”, EP2336789

[] J. Polesel-Maris, F. Cardot, “Microlevier comprenant un capteur de contrainte par magneto-impedance”, EP2090877

[] A. Meister, J. Polesel-Maris, M. Gabi, J. Vörös, T. Zambelli, “Probe arrangement for electrophysiological analysis in an AFM”, US2008302960, EP1990626

Enseignements, encadrements

2012
_ Encadrement d’un étudiant Ingénieur 5ème année de l’Université de technologie de Troyes (UTT) pour la réalisation biocapteur en polymère
_ Encadrement d’une étudiante en Master2 de l’ Université de Cergy-Pontoise pour le développment de la chimie de fonctionnalisation d’un biocapteur en polymère
_ Encadrement d’un post-doctorant. Utilisation d’une nouvelle sonde AFM à capteur intégré piézoélectrique pour la spetroscopie de force d’interactions spécifiques avec un protéine

2011 Encadrement d’un post-doctorant. Mise en oeuvre d’une nouvelle sonde AFM comme harpon moléculaire et imagerie d’objets biologiques. Financé par C’NANO Ile-de-France.

2010 Co-encadrement d’un doctorant de l’Université de Lima (Pérou). Etude du graphène sous Ultra-Vide par AFM-STM combiné. Thèse co-financée RTRA Triangle de la Physique, DRI-CEA.

2010 Encadrement d’un étudiant en Master2 de l’Université Paris-Sud XI – Orsay pour la réalisation d’un harpon moléculaire bio-fonctionnalisée basé sur une sonde AFM

2009 Encadrement d’un étudiant ingénieur 4ème année de l’ESIEE d’Amiens pour la réalisation d’un nouveau préamplificateur large bande et très faible bruit pour une sonde AFM à capteur intégré

2006-2008 Co-encadrement d’un doctorant de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zürich (ETHZ) sur l’utilisation de la microscopie champ proche de force en milieu liquide pour étudier l’adhésion cellulaire ( http://www.lbb.ethz.ch/people/PhD_Students/gweder ).

2006-2007 Encadrement d’un étudiant de Master de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) sur un travail d’optique et d’instrumentation, au CSEM de Neuchâtel, visant à améliorer un système de détection interférométrique pour des réseaux de microleviers ( http://www.linkedin.com/in/anthonyvuilleminpublic )

2002-2005 Moniteur (Université Paul Sabatier Toulouse III): Travaux dirigés et travaux pratiques (en optique, électronique, mécanique et automatique) dispensés aux étudiants de 1ere et 2eme année. Participation à la mise en place d’un travail pratique en robotique pour les étudiants de 1ère année, basé sur le robot Pekee Mobile Robot de Wany robotics.

Cours

Cours en ligne à télécharger : ici

Divers

[] Ma Thèse (Email me for the english version ! ): Modélisations et Expérimentations en Microscopie à Force Atomique Dynamique en Ultra Vide

[] Manuels et téléchargement de l’AFM virtuel (virtual AFM machine): http://www.cmmp.ucl.ac.uk/~lev/codes/SciFi/manual_3_51/index.html

[] Projet MicroSalle Blanche : http://www.cemes.fr/r2_rech/r2_sr2_gns/th4_2_3_clean_room.htm

[] Espacenet (recherche et téléchargement des brevets) : http://fr.espacenet.com/

[] CAELinux, a very powerful FEM freeware (included the modeler and mesher (SALOME), and the solver (CodeASTER)). LiveDVD allowing to boot on a PC without installing it: http://www.caelinux.com/

[] Maxima, also a very powerful analytical and formal calculus freeware: http://maxima.sourceforge.net/

[] SciLab, a MATLAB/SIMULINK freeware clone: http://www.scilab.org/