Where PhDs and companies meet
Menu
Login

Already registered?

New user?

Nanostructuration aux interfaces eau / milieu hydrophobe : applications à la détection SERS

ABG-100129 Thesis topic
2021-09-17 Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
Logo de
Université de Toulon -IM2NP (UMR CNRS 7334)
La Garde - Provence-Alpes-Côte d'Azur - France
Nanostructuration aux interfaces eau / milieu hydrophobe : applications à la détection SERS
  • Materials science
  • Chemistry
  • Physics
Interfaces hydrophobes, auto-organisation, spectroscopie Raman, nanostructures, matériaux bio-inspirés, plasmonique, SERS, spectroscopie exaltée

Topic description

Contexte et objectifs
Parmi les structures de matières condensées connues, les structures biologiques sont de loin les plus complexes : ces structures sont le siège de propriétés remarquables. C’est autour d’elles que se créent et se développent les processus réversibles propres au vivant. Elles ont pour origine la rencontre des milieux aquatiques et terrestre, c’est à dire le lieu où se développe une abondance d’interfaces entre un milieu hydrophobe constitué par l’atmosphère et un milieu aqueux richement alimenté par une grande diversité d’espèces dissoutes. C’est la présence de ces interfaces multi-échelles qui a permis l’émergence de la vie, et plus tard, à la formation de structures hiérarchisées complexes aux propriétés innombrables. Leur caractéristique commune réside dans une « recyclabilité » naturelle. Paradoxalement, les recherches actuelles ne permettent pas de reproduire de telles structures en laboratoire. Par exemple, la formation de silice, telle qu’elle se produit lors de la croissance d’une diatomée (algue unicellulaire) dans l’eau d’un fjord à 12°C résiste à la description à partir des modèles actuels. La science des matériaux doit être capable de répondre à ce défi fondamental pour au moins trois raisons majeures :
- être en mesure d’élaborer des matériaux plus complexes nécessaires à la diversification des fonctions (structurales, de détection, …) à l’instar du vivant.
- produire ces structures à partir d’une ressource abondante, non toxique et étrangère à l’idée même de « déchet »
- appliquer ces nouveaux concepts au domaine de la santé, pour l’identification de protéines, de
bactéries ou de virus, ou encore en médecine réparative afin d’améliorer les conditions de vieillissement de la population mondiale attendue pour les décennies à venir.
Ce sujet s’articule autour de deux des thèmes de l’équipe NS2E du laboratoire IM2NP (UMR CNRS 7334) : Nanostructures plasmoniques :
identification, description, modélisation des nanostructures d’une part, et Processus de croissance et de structuration (cristallisations et interactions faibles de surface) d’autre part.


Caractère novateur du sujet
Un nombre croissant d’articles mettent l’accent sur la structuration et la dynamique particulières d’une surface d’eau lorsque celle-ci est au contact d’un milieu hydrophobe. Plusieurs travaux menés depuis 2015 à l’IM2NP ont également montré que, par le contrôle des interfaces hydrophobes, il est possible de réaliser des nanoparticules ou des films nanostructurés présentant des effets d’exaltation de la diffusion Raman (SERS). Ces effets sont tels qu’ils conduisent à la détection de molécules à l’état de traces et avec des temps de réponse très nettement inférieurs à 100 ms. L’absence totale de surfactant dans nos synthèses bio-inspirées conduit à une très forte exaltation qui permet d’envisager une nouvelle forme de spectroscopie vibrationnelle ultra-rapide. Les premiers résultats font entrevoir la possibilité d’accéder à la dynamique des structures moléculaires, et ce, non plus pour une population de molécules dans leur « état moyen », mais à l’échelle de la molécule individuelle. Dans cette optique, il paraît raisonnable d’accéder dans les toutes prochaines années par exemple à la détection d’un virus unique ainsi qu’à sa dynamique ou bien encore à la détection de nano-plastiques présents à l’état de traces dans les milieux ou les organismes.
L’autre défi majeur sera d’obtenir, grâce à cette exaltation de la diffusion Raman, la signature
vibrationnelle propre aux molécules d’eau d’interfaces hydrophobes qui, nous pensons, sont à l’origine de bien des mécanismes de condensation de la matière dans le vivant. Cela constituerait une première alternative à la méthode actuelle, la spectroscopie SFG (Sum Frequency Generation Spectroscopy), dans la caractérisation de cette couche d’« eau hydrophobe ».


Méthodes mises en oeuvre
La spectroscopie Raman (SERS et TERS) sera utilisée dans une large gamme de longueurs d’ondes d’excitation (NUV-vis-NIR). Un dispositif spécifique de DRX sera développé afin de permettre le suivi de la formation des nanostructures à la surface d’un liquide. Les mesures optiques seront effectuées par absorption et réflexion UV vis afin de suivre in-situ l’émergence du plasmon lors du processus de croissance dans la couche d’interface hydrophobe. Les méthodes employées pour l’obtention des nanostructures (interface liquide/liquide, liquide/solide et liquide/gaz) sont inédites. Notre équipe a démontré leur efficacité sur la production, sans aucun additif, de films plasmoniques. Des méthodes numériques seront menées en collaboration avec d’autres laboratoires (comme par exemple l’ICB de l’université de Bourgogne avec laquelle nous sommes déjà en contact) et définies conjointement. Des demandes de financements complémentaires seront déposées auprès de l’ANR, des collectivités territoriales et au moyen de partenariats internationaux et programmes d’échanges.

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Presentation of host institution and host laboratory

Université de Toulon -IM2NP (UMR CNRS 7334)

Pour plus d'informations sur le laboratoire  : http://www.im2np.fr

Candidate's profile

Compétences attendues
Le candidat de vra être titulaire d'un master 2 ou d'un diplôme dingénieur et présenter d’excellentes connaissances théoriques en physique de la matière condensée et physique des interfaces. Il devra également disposer d’une solide aptitude xpérimentale lui permettant de mettre en oeuvre de façon autonome des techniques optiques. Il devra de plus avoir des connaissances en spectroscopie Raman, diffraction et diffusion des rayons X. Enfin, outre une capacité de conceptualisation indispensable, il devra présenter un intérêt tout particulier pour les aspects fondamentaux de la recherche, même si ce sujet s’inscrit dans un contexte susceptible d’ouvrir à un champ d’applications particulièrement vaste.

2021-10-24
Partager via
Apply
Close

Vous avez déjà un compte ?

Nouvel utilisateur ?