Physique et Ingénierie pour le Vivant

Nous sommes un département de physique des systèmes biologiques et d'ingénierie pour la biologie, la santé et l'environnement.

Nous construisons des ponts entre les sciences physiques et biologiques et étudions l'interaction des objets biologiques avec leur environnement physique, en créant de nouveaux outils à cet effet.

Nos axes de recherche portent sur la compréhension de fonctions et mécanismes physiques fondamentaux dans le vivant et l’ingénierie de nano/microsystèmes pour des applications biologiques et médicales. La synergie entre physiciens de champs disciplinaires complémentaires, impliqués dans la valorisation et le fondamental, et la créativité qui en résulte sont des atouts forts de l’équipe. Le département développe trois thématiques principales.

Approche physique de l’organisation et de la dynamique des systèmes vivants.

Nous nous intéressons aux mécanismes de régulation cellulaire et à l’émergence et le maintien de fonctions physiologiques.

Nous étudions la mécanique d’objets et systèmes biologiques, de la macromolécule au tissu : les phénomènes d’adhésion cellulaire, la dynamique d’interfaces viscoélastiques et de biofluides tels que le sang et le mucus bronchique et, la mécanotransduction (transformation d’un signal mécanique à un signal biochimique).

Nous étudions les phénomènes d'auto-oraganisation dans les sytèmes vivants et les phénomènes collectifs actifs, en particulier  dans les systèmes biologiques ciliés et les organoïdes.

Nous étudions les interactions cellulaires et subcellulaires, impliquant notamment les éléments constitutifs des cellules (cytosquelette, noyau, membrane)

Physique de nanomatériaux.

Nous travaillons sur des couches lipidiques moléculaires organisées et leurs propriétés électrique, des nanofilms d'oxyde de métaux de transition pour la dépollution des eaux de l'industrie textile et des polymères à l'interface.

Un exemple typique est notre effort actuel pour imiter divers aspects des cellules (motifs nano-bio en surface, y compris des élastomères mous) ou des tissus (fentes spléniques) en utilisant des techniques de micro/nano-fabrication. Nous innovons dans les techniques d'imagerie ainsi que dans les outils d'analyse d'images et de données. Un autre axe majeur concerne les capteurs innovants : les nanocapteurs à rayons X pour la topographie et la cartographie chimique simultanées, les capteurs FET à base de lipides pour la détection ultra-sensible d'ions et de biomolécules et les capteurs photo-thermiques rapides pour la détection de réactions biochimiques par molécule unique.

Ingénierie/instrumentation pour la recherche, l’environnement, l’énergie et la médecine

Nous développons des méthodes d’analyse de données et d’interprétation biologiques et des méthodes d’inférence de modèles stochastiques

Nous développons des méthodes numériques pour l’optimisation de matériaux et des méthodes de reconstitution in-vitro pour l’étude de processus biologiques.

Nous développons des techniques de microscopie optique avancée, et de nano-micro-environnements contrôlés (nanopatterning, fonctionnalisation de surface…)

Nous développons des capteurs ultrasensibles pour l’environnement,

Nous développons des marqueurs physiques, dispositifs et plateforme d’ingénierie optique pour la médecine (cancer, pneumologie, hématologie, maladies génétiques, immunologie), et des micro-dosimètres de rayonnements ionisants pour le cancer.

Techniques et Méthodes développées au Département.

Les techniques expérimentales

• Les techniques de microfluidique couplées à la vidéomicroscopie optique, application de forces, rhéologie interfaciale
• Les techniques de nano/microfabrication  (fonctionnalisation, structuration, patterning des surfaces par des molécules organiques)
• Les techniques de reconstitution in-vitro d’objets et processus biologiques et de systèmes minimaux (membranes biologiques…)
• Les techniques de manipulation, d’application et de détection de forces et à l’échelle nano-micro (pinces optiques, application de force à l’échelle micronique et submicronique…)
• Techniques de microscopie optique avancée
• Couplage de la spectroscopie à champ proche et de la spectroscopie de Rayons X.
• Techniques de champ proche: imagerie, et mesures de force

Les méthodes et approches théoriques et numériques

• Approches théoriques basées sur la physique statistique, les processus stochastiques, les phénomènes non linéaires, la physique de la matière molle et de la matière active
• Simulation numérique de particules déformables et de biomatériaux
• Analyses et interprétation de données (par exemple images, vitesses de particules (PIV), trajecteoires), inférence de modèles stochastiques