Microelectrode Arrays organiques multifonctionnelles en PEDOT:PSS pour neuromodulation adaptative : enregistrement, stimulation et relargage contrôlé de neuromodulateurs. // Multifunctional organic PEDOT:PSS microelectrode arrays for adaptive neuromodulat

Les interfaces bioélectroniques constituent aujourd'hui un enjeu majeur pour comprendre, enregistrer et moduler l'activité des réseaux neuronaux, depuis les modèles cellulaires in vitro jusqu'aux applications neurotechnologiques implantables. À terme, ces technologies pourraient permettre le développement de dispositifs thérapeutiques intelligents pour le traitement de pathologies neurologiques et psychiatriques telles que l'épilepsie, la maladie de Parkinson ou la dépression résistante ou encore certaines formes de schizophrénie associées à des hallucinations. Elles pourraient également permettre la restauration de fonctions sensorielles perdues (vision, audition, toucher), le contrôle avancé de prothèses neurales, et plus largement l'émergence d'interfaces cerveau-machine capables de dialoguer de manière bidirectionnelle avec le système nerveux. Elles ouvrent également des perspectives pour la médecine personnalisée, la compréhension des circuits cérébraux complexes et le développement de nouvelles plateformes neuro-sur-puce pour le criblage pharmacologique et la modélisation des maladies neurologiques. A ce titre, les matrices de microélectrodes (MEA) métalliques conventionnelles permettent l'enregistrement électrophysiologique et la stimulation électrique mais restent limitées de par leur rigidité mécanique, leur faible compatibilité avec les tissus biologiques et l'absence de fonctions actives intégrées permettant une modulation chimique locale. Dans ce contexte, les polymères conducteurs organiques, et en particulier le PEDOT:PSS, représentent une rupture technologique majeure. Grâce à leur conduction mixte ionique et électronique, transparence, leur faible impédance, leur forte capacité d'injection de charge et leur module mécanique plus proche des tissus vivants, ces matériaux permettent d'améliorer significativement le couplage électrode-cellule tout en ouvrant la voie à des interfaces neuronales multifonctionnelles. Au-delà du simple rôle d'électrode, le PEDOT:PSS peut agir comme une plateforme active capable de stocker et relarguer des molécules bioactives sous stimulation électrique.
Cette thèse sera réalisée dans le cadre du CDP LOOP (Initiative d'excellence de l'Université de Lille) et du projet ANR GNEURO, qui vise à développer une nouvelle génération de matrices de microélectrodes organiques intégrant simultanément 4 fonctions clés : l'enregistrement électrophysiologique et optique (imagerie calcique), la stimulation électrique ou optique locale et le relargage électro-contrôlé de neuromodulateurs à la demande. L'objectif général est d'établir une plateforme de neuromodulation adaptative capable d'observer l'activité neuronale et d'agir dynamiquement sur celle-ci par des stimuli électriques et chimiques synchronisés. Il s'agira ainsi de démontrer la faisabilité d'interfaces neuronales fonctionnant en boucle fermée, capables d'intégrer simultanément des modalités multiples de lecture de l'activité (électrique et optique) et d'intervention (stimulation électrique/optique et de délivrance chimique) au sein d'un dispositif bioélectronique unique et intégré. Ce projet se situe à l'interface de la science des matériaux, de la micro-nanofabrication, de l'électrochimie organique et des neurosciences expérimentales. Il contribuera au développement d'interfaces neuronales intelligentes dépassant le paradigme actuel des électrodes passives pour ouvrir la voie à des technologies de neuromodulation adaptative, avec des applications potentielles en neurosciences fondamentales, en médecine bioélectronique et dans les plateformes organe-sur-puce pour le criblage pharmacologique et la médecine personnalisée.
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Bioelectronic interfaces have become a major challenge for understanding, recording, and modulating neuronal network activity, ranging from in vitro cellular models to implantable neurotechnological applications. In the long term, these technologies could enable the development of intelligent therapeutic devices for the treatment of neurological and psychiatric disorders such as epilepsy, Parkinson's disease, treatment-resistant depression, and certain forms of schizophrenia associated with hallucinations. They may also enable the restoration of lost sensory functions (vision, hearing, touch), the advanced control of neural prostheses, and more broadly the emergence of brain–machine interfaces capable of bidirectional communication with the nervous system. In addition, they open new perspectives for personalized medicine, for the understanding of complex brain circuits, and for the development of new neuro-on-chip platforms for pharmacological screening and the modeling of neurological diseases. In this context, conventional metallic microelectrode arrays (MEAs) enable electrophysiological recording and electrical stimulation but remain limited by their mechanical rigidity, their relatively poor compatibility with biological tissues, and the absence of integrated active functionalities allowing local chemical modulation. Organic conducting polymers, and in particular PEDOT:PSS, represent a major technological breakthrough. Thanks to their mixed ionic–electronic conductivity, low impedance, transparency, high charge injection capacity, and mechanical modulus closer to that of biological tissues, these materials significantly improve the electrode–cell coupling while opening the way toward multifunctional neural interfaces. Beyond their role as simple electrodes, PEDOT:PSS can act as an active platform capable of storing and releasing bioactive molecules upon electrical stimulation.
This PhD project will be carried out within the framework of the CDP LOOP program (Initiative of Excellence of the University of Lille) and the ANR GNEURO project, which aim to develop a new generation of organic microelectrode arrays integrating four key functionalities simultaneously: electrophysiological and optical recording (calcium imaging), local electrical or optical stimulation, and electrically triggered on-demand release of neuromodulators. The overall objective is to establish an adaptive neuromodulation platform capable of monitoring neuronal activity and dynamically acting on it through synchronized electrical and chemical stimuli. In this context, the project aims to demonstrate the feasibility of closed-loop neural interfaces capable of integrating multiple modalities for activity readout (electrical and optical) and intervention (electrical/optical stimulation and chemical delivery) within a single integrated bioelectronic device. This project lies at the intersection of materials science, micro- and nanofabrication, organic electrochemistry, and experimental neuroscience. It will contribute to the development of intelligent neural interfaces that go beyond the current paradigm of passive electrodes, paving the way for adaptive neuromodulation technologies with potential applications in fundamental neuroscience, bioelectronic medicine, and organ-on-chip platforms for pharmacological screening and personalized medicine.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université de Lille

632 ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Nous recherchons un ou une candidat(e) fortement motivé(e) par la recherche interdisciplinaire à l'interface entre science des matériaux, bioélectronique et neurosciences. Le ou la candidat(e) devra être titulaire d'un Master (ou équivalent) en physique, science des matériaux, nano/microtechnologies, électronique, bio-ingénierie ou dans un domaine proche. Une formation ou une expérience préalable dans un ou plusieurs des domaines suivants sera particulièrement appréciée : Une bonne connaissance des matériaux fonctionnels et des polymères conducteurs (PEDOT:PSS, électrochimie des polymères), ainsi que des techniques de micro- et nanofabrication est demandée. De bonnes notions en électrochimie et en caractérisation électrochimique (impédance, voltammétrie cyclique, stimulation) ainsi qu'en bioélectronique / interfaces électrode-cellule seront également des atouts. Enfin, des connaissances en techniques d'imagerie optique (microscopie de fluorescence, calcium imaging) et en électrophysiologie constitueraient un plus. Le ou la candidat(e) devra démontrer un réel intérêt pour l'expérimentation en laboratoire (notamment en salle blanche) et pour la conception de dispositifs innovants. Il ou elle devra être capable de développer, fabriquer et caractériser les dispositifs, ainsi que d'analyser les données scientifiques obtenues. Nous recherchons un ou une candidat(e) doté(e) d'une forte curiosité scientifique et capable de travailler à l'interface de plusieurs disciplines. Autonomie, rigueur expérimentale et sens de l'organisation seront essentiels pour mener à bien ce projet. Un bon esprit d'équipe et une capacité à collaborer avec des chercheurs issus de différents domaines (physique, chimie, biologie, neurosciences) sont également attendus. Un bon niveau d'anglais scientifique (écrit et oral) est requis. La maîtrise du français constituera un plus.
We are seeking a highly motivated candidate interested in interdisciplinary research at the interface of materials science, bioelectronics, and neuroscience. The candidate should hold a Master's degree (or equivalent) in physics, materials science, nano/microtechnologies, electronics, bioengineering, or a closely related field. Previous training or experience in one or more of the following areas will be particularly appreciated. A solid knowledge of functional materials and conducting polymers (PEDOT:PSS, polymer electrochemistry), as well as micro- and nanofabrication techniques, is expected. Good understanding of electrochemistry and electrochemical characterization (impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, electrical stimulation), as well as bioelectronics and electrode–cell interfaces, will also be considered strong assets. In addition, experience with optical imaging techniques (fluorescence microscopy, calcium imaging) and electrophysiology would be an advantage. The candidate should demonstrate a strong interest in experimental laboratory work, particularly in cleanroom environments, and in the design of innovative devices. He or she should be able to develop, fabricate, and characterize devices, as well as analyze the scientific data obtained. We are looking for a candidate with strong scientific curiosity and the ability to work at the interface of multiple disciplines. Autonomy, experimental rigor, and good organizational skills will be essential for successfully carrying out this project. A good team spirit and the ability to collaborate with researchers from different fields (physics, chemistry, biology, neuroscience) are also expected. A good level of scientific English (written and spoken) is required. Knowledge of French would be considered an additional asset.