Détection ultra-précoce de pathogènes bactériens dans le sang de patient

Ce projet vise à développer un instrument d'imagerie par résonance des plasmons de surface (SPRi) polyvalent et facile à utiliser pour la détection rapide et à large spectre de concentrations faibles de bactéries pathogènes dans des échantillons complexes, dont le sang en particulier. La SPRi est une technique, sans marquage, qui permet de sonder un échantillon (quelle que soit sa transparence optique), en temps réel. En raison de la grande sensibilité du phénomène de plasmon, la plage dynamique de variation d'indice mesurable est limitée par détection SPRi lorsque la lecture est réalisée à un angle fixe, comme c'est le cas dans les dispositifs déployés dans le commerce. Cela réduit l'utilisation de tels instruments optiques à l'étude de milieux dont l'indice reste relativement stable pendant l'expérience et dont les sondes moléculaires ont des poids moléculaires comparables aux cibles (suivi d'interactions bi-moléculaires).
Ainsi, cela limite considérablement la détection de bactéries en croissance dans des milieux complexes. Notre laboratoire a développé des solutions originales pour la détection de très faibles taux de contaminations dans des matrices alimentaires (création d'une start-up en 2012), mais la SPRi se révèle inadaptée pour la détection de bactéries dans le sang, en partie en raison de la très forte variabilité intrinsèque de cette matrice.
Ces limites seront supprimées en intégrant cinq briques complémentaires :
1. La conception d'un instrument optimisé pour l'enregistrement en temps réel d'images SPR sur une plage définie d'angles d'éclairage;
2. Le développement d'une analyse et de traitement des données SPR dédiée pour extraire en temps réel l'information la plus pertinente pour chaque sonde à partir des images ;
3. La fonctionnalisation des biopuces par une combinaison de sondes appropriées (séries de peptides tels que les peptides antimicrobiens (AMPs), anticorps et même bactériophages) pour optimiser le nombre d'identifications possibles avec un ensemble réduit de sondes ;
4. L'apprentissage des "signatures SPRi 4D" spécifiques de souches modèles dans des matrices sanguines ;
5. La validation des performances du nouvel instrument « 4D-SPRi » comme outil de détection et de caractérisation des bactéries issues de souches hospitalières par rapport à des techniques de référence.

Analyse multi-modale par résonance magnétique nucléaire in situ des phénomènes électrochimiques dans des prototypes de batteries commerciales

Le développement des technologies de stockage d'énergie électrochimique est impossible sans une compréhension à l'échelle moléculaire des processus tels qu'ils se produisent dans les dispositifs commerciaux pratiques. Certains aspects de la conception des batteries, tels que la composition chimique et l'épaisseur des électrodes, ainsi que la configuration des collecteurs et des languettes de courant, influencent les distributions de densité de courant électronique et ionique et déterminent les limites cinétiques du transport ionique à l'état solide. Ces effets, à leur tour, modulent les performances et la longévité globales des batteries. Pour ces raisons, les résultats des tests de piles boutons conventionnelles ne convergent souvent pas vers des cellules commerciales hautes performances. Les préoccupations de sécurité liées à la forte densité énergétique et aux composants inflammables des batteries constituent un autre sujet crucial pour la conversion des énergies fossiles aux énergies vertes.
La spectroscopie et l'imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN, IRM) sont exceptionnellement sensibles à l'environnement structurel et à la dynamique de la plupart des éléments présents dans les matériaux actifs des batteries.
Récemment, des méthodes de RMN et d'IRM à balayage de surface prêtes à l'emploi ont été introduites. Dans le cadre de la recherche électrochimique fondamentale, la fusion de deux concepts innovants et complémentaires au sein d'un dispositif multimodal (RMN-IRM) permettrait de proposer diverses solutions analytiques et des mesures fiables de la performance des batteries pour le monde universitaire et le secteur de l'énergie.

Ce projet vise à développer un cadre analytique avancé pour l'analyse in situ de phénomènes fondamentaux tels que le transport d'ions à l'état solide, l'intercalation et les transitions de phase associées, la dynamique du placage métallique, la dégradation des électrolytes et les défauts mécaniques dans les batteries Li-ion et Na-ion commerciales, dans diverses conditions de fonctionnement. Une gamme de capteurs multimodaux (RMN-IRM) sera développée et utilisée pour l'analyse approfondie des processus électrochimiques fondamentaux dans les cellules et les petits packs de batteries commerciaux.