Développement de la spectroscopie infrarouge à l'échelle nanométrique et résolue en temps pour l'étude des procédés biochimiques dynamiques // Advancing time-resolved nanoscale infrared spectroscopy to study dynamic biochemical processes

Dans de nombreux procédés et applications, le comportement des systèmes à l'échelle macroscopique dépend des interactions moléculaires à l'échelle nanométrique et de leur évolution. Cependant, les études de caractérisation sont souvent limitées par la résolution spatiale et la sensitivité des outils analytiques traditionnels. Afin de proposer des solutions nouvelles à ce problème, des outils analytiques permettant d'analyser des volumes nanométriques sont envisagées, en particulier les plateformes combinant le microscope à force atomique (AFM) à des outils de chimie analytique [1]. Dans certains cas, une résolution spatiale à l'échelle nanométrique (< 10 nm) et une sensitivité de l'ordre de la molécule unique ont pu être démontrées [2]. Ce projet de thèse vise à faire évoluer l'état de l'art dans le couplage de l'AFM et de la spectroscopie infrarouge, afin d'étudier les propriétés chimiques du vivant et leur évolution.
Le (la) candidat(e) travaillera sur une plateforme AFM combinée à la spectroscopie infrarouge pour la caractérisation à l'échelle nanométrique [3]. La pointe AFM servira de sonde pour étudier les variations de vibrations moléculaires dans les matériaux sous illumination infrarouge. Les travaux de développement viseront à améliorer la résolution temporelle des mesures. Le (la) candidat(e) devra maitriser les modes standards de spectroscopie infrarouge à l'échelle nanométrique, à partir desquels de nouveaux modes opérationnels seront évalués afin d'incorporer des critères de résolution temporelle. Les performances des nouveaux développements seront établies à l'aide d'échantillons de calibration et de validation. Ceux-ci seront fabriqués à l'aide de techniques comme la lithographie et les procédés de modification de surface. Afin d'illustrer les possibilités facilitées par ces développements instrumentaux, le (la) candidat(e) sera amené(e) à effectuer des études relatives à des systèmes biologique, y compris des membranes lipidiques, des bactéries, des tissus biologiques [4].
Des techniques d'analyse de surface (microscopies optiques et électroniques, diverses spectroscopies optiques) viendront complémenter le travail. L'Institut des Sciences Analytiques dispose de certaines de ces techniques et d'autres seront disponibles par le biais de collaborations internationales.
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Molecular changes taking place at the nanoscale are key to the behavior of complex systems in a wide range of processes and applications. However, the understanding of these changes is often hindered by the lack of spatial resolution and sensitivity of conventional analytical tools. To circumvent this problem, emerging tools are exploring smaller volumes by combining analytical tools with atomic force microscopy (AFM) [1] to access nanoscale resolution and sensitivity up to the detection of single molecules [2]. In some cases, nanoscale spatial resolution (< 10 nm) and sensitivity suitable to detect single molecules have been demonstrated. This project aims at advancing the capabilities of AFM coupled with infrared spectroscopy to explore the chemical properties of life science systems and their variations over time.
The candidate will work on a state-of-the-art nanoscale infrared spectroscopy combining infrared light and AFM for nanoscale characterization [3]. The AFM tip will serve as a nanoscale probe to monitor the photothermal expansion of the material due to molecular vibrations engendered by the infrared illumination. The development work will be focused on achieving higher temporal resolution with the system. The candidate will learn standard modes of operation of nanoscale infrared spectroscopy and will develop new schemes of detection to incorporate the aspect of time resolution to the work. To test the performance of the AFM-IR schemes, the candidate will work with calibration and validation samples fabricated by techniques such as lithography and surface modification processes. To illustrate the capabilities unlocked by the instrumental developments, the candidate will investigate biological systems including lipidic membranes, bacteria, and biological tissues [4].
Various surface analysis techniques (optical and electron microscopies, various optical spectroscopies) will be used to support the instrument development work, some of which are available at the Institute of Analytical Sciences, while others will involve collaborations with other universities and user facilities abroad.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Claude Bernard Lyon 1

206 Chimie de Lyon

Le·a candidat·e doit faire preuve d'autonomie et être motivé·e par le développement instrumental expérimental. Des connaissances dans un ou plusieurs des domaines suivants sont souhaitables : lasers, génie électrique, imagerie et spectroscopie à l'échelle nanoscétrique, spectroscopie infrarouge, chimie des surfaces. Le·a candidat·e doit de préférence maîtriser Python ou un langage équivalent. Le·a candidat·e doit s'intéresser à l'acquisition et à l'analyse de données, ainsi qu'à la valorisation scientifique (publications, posters, présentations, etc.). Enfin, il·elle doit être à l'aise avec la communication en français et/ou en anglais.
The candidate should be self-driven and motivated by experimental instrumental development. Some knowledge on one or several of the following topics is preferred: lasers, electrical engineering, nanoscale imaging and spectroscopy, infrared spectroscopy, surface chemistry. The candidate should be familiar with Python or equivalent. The candidate should be interested in data acquisition, data analysis, scientific valorization (publication, posters, presentations, etc.). The candidate should be comfortable with communication in french and/or english.