Capteurs pour l’environnement et la santé

Responsable : A. Charrier, C. Fauquet, F. Thibaudau, D. Tonneau

Présentation

Dosimètres pour la Curie-Thérapie et pour l’irradiation de petits champs en radiothérapie.

Principal investigators: C. Fauquet, D. Tonneau
PostDoc: Debnath

Les dosimètres commerciaux utilisés en radiothérapie sont à l’heure actuelle de taille centimétrique, ce qui ne permet pas la caractérisation précise de champs de moins de 5x5 mm². Ceci a pour conséquence qu’actuellement, les cancers précoces ne sont pas traités avec cette technique. Nous avons développé, en collaboration avec l’Institut Paoli Calmettes (Marseille, France) des dosimètres (ISD) capables de relever ce défi en greffant des clusters de scintillateurs à l’extrémité d’une fibre optique, reliée à l’autre extrémité à un compteur de photons. Ces dosimètres sont extrêmement stables, fiables et faciles à calibrer, sur de larges gammes de flux incident. Du fait de leur faible encombrement stérique et de leur flexibilité (voir Figure 1), nous les avons récemment testés en Curie-thérapie (voir Figure 2). Ils démontrent une excellente sensibilité aussi bien à très faible distance (environ 200 µm) de la source qu’à grande distance (supérieure à 5 cm).

Films de nanoparticules d’oxydes métalliques (TCO) pour des applications énergétiques et environnementales.

Principal investigators: C. Fauquet, D. Tonneau

Collaboration LSMC (Laboratoire des Sciences de la Matière Condensée), Université d’Oran 1, Algérie,

Nous collaborons depuis quelques années avec le LSMC spécialisé dans spécialisé dans l’élaboration de films de nanoparticules d’oxydes métalliques pour augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques. L’originalité de l’approche réside dans la sobriété énergétique et la faible quantité de matériaux nécessaires à l’élaboration (procédé hydrothermal, spray pyrolysis à basse température….). De par leur taille nanométrique, ces nanoparticules possèdent un grand rapport d’aspect surface/volume et présentent de très nombreux sites actifs en surface de haute réactivité, grâce aux très grand nombre de défauts et de lacunes d’oxygène présents. Suivant le type de défaut présent dans ces matériaux, ils peuvent être utilisés pour réaliser des capteurs de différentes substances d’une grande sensibilité. Récemment, nous avons pu démontrer l’activité photocatalytique de ces matériaux pour la dégradation du bleu de méthylène, colorant largement employé dans l’industrie textile et très difficilement dégradable dans les eaux de rejet. (Figure 3). Le procédé est très prometteur puisqu’il nécessite uniquement l’énergie solaire pour fonctionner.

Ingénierie des couches lipidiques et leurs propriétés physiques

Principal investigators: A. Charrier

PhD Student: USTH, doctoral grant
Collaborations: J.-M. raimundo, IMMF et M. Petit, NM, CINaM ; Y. Wakayama, NIMS, Japan, C. Henry-De-Villeneuve, LPMC,

Les couches lipidiques souvent utilisées comme système modèle des membranes cellulaires possèdent des propriétés intrinsèques (fluidité latérale, propriétés diélectrique) qui en font un matériau d’intérêt pour les applications. Les propriétés diélectriques naturelles de ces couches proviennent à la fois de leurs longues chaînes aliphatiques qui constituent une barrière au transport électronique mais aussi de leur haute densité moléculaire. Celle-ci est obtenue par l’auto-organisation spontanée des lipides mis en milieu aqueux sous forme de vésicules du fait de leurs propriétés amphiphiles. En couplant ingénierie moléculaire des lipides, et optimisation des procédés de dépôt sur substrat nous fabriquons des couches extrêmement denses, quasi-cristallines, stables mécaniquement, et aux propriétés d’isolant électrique tout à fait remarquables pour une couche de quelques nanomètres d’épaisseur. Nous nous intéressons aux interfaces constitués de cette couche avec des substrats organiques ou inorganiques et étudions les propriétés physiques de ces interfaces (organisation structurale, propriétés électriques et mécaniques.

 

 

Capteurs de type OFET pour la détection des ions en milieux complexe

Principal investigators: A. Charrier

PhD Student: USTH, doctoral grant
Collaborations: J.-M. raimundo, IMMF et M. Petit, NM, CINaM ; Y. Wakayama, NIMS, Japan, C. Henry-De-Villeneuve, LPMC,

Les transistors organiques à effet de champ (OFET) suscitent de plus en plus d'intérêt pour leurs applications potentielles dans l'électronique souple et peu coûteuse. Alors que la majorité des études se sont concentrées sur l'optimisation de la mobilité des porteurs des semi-conducteurs organiques (OSL), le choix du diélectrique de grille (ODL) est également très important pour minimiser la densité des pièges électriques à l'interface ODL/OSL. La plupart des polymères déjà utilisés souffrent de courants de fuites importants qui sont compensés par une augmentation de l'épaisseur du matériau, généralement de plusieurs centaines de nanomètres ou même de microns. L'inconvénient d'une telle situation est la grande tension de fonctionnement nécessaire pour faire fonctionner le transistor, les tensions de travail pouvant aller de quelques volts à des dizaines de volts. Cela peut entraîner un échauffement du dispositif et à d’éventuel dommages des matériaux organiques et une perte de performances. De plus, dans le domaine plus spécifique des capteurs OFET, une tension de fonctionnement élevée est un inconvénient pour une sensibilité élevée et pour atteindre une limite de détection basse.
L'originalité du projet repose sur l'utilisation d'une monocouche de lipides comme diélectrique de grille. Avec une épaisseur de quelques nanomètres et des propriétés d’isolant électrique exceptionnel, cette couche permet d’utiliser de faibles tensions de travail tout en limitant les courants de fuite. L’optimisations des interfaces ODL/OSL permet d’atteindre des limites de détection extrêmement basses jusque dans la gamme attomolaire. Nous mettons également au point des méthodes originales permettant d'atteindre une forte sélectivité.

 

 

Single molecule T-Jump

Principal investigators: Thibaudau


Kinetic measurements are among the most important experimental tools for elucidating the mechanisms of biochemical reactions. The sequences and orders of the elementary reaction steps and their dynamics can be deduced from kinetic data and their dependence on experimental conditions or perturbations. A rapid temperature variation (T-Jump, iT-Jump) allows to study many biologically relevant processes or their elementary steps that occur at time scales of microsecond. In recent years, advances in nano-fabrication techniques have enabled the production of nanoscale devices that probe a single molecule present in a solution at concentrations relevant to biology. Such devices have been used to perform single molecule studies of biological processes such as DNA polymerization or protein-protein interaction. However, they are not designed to allow a brief variation in the temperature of the molecule for the study of processes and / or to activate them thermally on a microsecond scale. We are developing an instrument based on nano-devices to produce microsecond temperature flashes and optically analyze a single molecule.

Publications

2024

Geometrical Characterization of an Inorganic Scintillator Detector for Proton Therapy using a Micrometer Scale Ion Beam

Kevin Lalanne, S.B.C. Debnath, G. Simonin, D. Tonneau, François Vianna-Legros, Marc Rousseau, David Brasse, J. Darréon, Carole Fauquet

IEEE Sensors Journal 1-1 (2024)10.1109/JSEN.2024.3401630

2023

Classification of red cell dynamics with convolutional and recurrent neural networks: a sickle cell disease case study

Maxime Darrin, Ashwin Samudre, Maxime Sahun, Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Vincent Cohen-Addad, Sophie Giffard-Roisin

Scientific Reports 13:745 (2023)10.1038/s41598-023-27718-w

Physical mechanisms of red blood cell splenic filtration

Alexis Moreau, François Yaya, Huije Lu, Anagha Surendranath, Anne Charrier, Benoit Dehapiot, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Zhangli Peng

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2023)10.1101/2023.01.10.523245

2022

Synthesis and Investigation of Pure and Cu-Doped NiO Nanofilms for Future Applications in Wastewater Treatment Rejected by Textile Industry

Malika Allali, Mohamed Amine Dahamni, Mostefa Ghamnia, Abdelwahab Boukhachem, Djamel Boukrédimi, Didier Tonneau, Carole Fauquet

Catalysts 12:931 (2022)10.3390/catal12090931

Characterization of Some Physical and Photocatalytic Properties of CuO Nanofilms Synthesized by a Gentle Chemical Technique

Soumia Aroussi, Mohamed Amine Dahamni, Mostefa Ghamnia, Didier Tonneau, Carole Fauquet

Condensed Matter 7:37 (2022)10.3390/condmat7020037

Dynamics of Individual Red Blood Cells Under Shear Flow: A Way to Discriminate Deformability Alterations

Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat

Frontiers in Physiology 12 (2022)10.3389/fphys.2021.775584

Affinity driven ion exchange EG-OFET sensor for high selectivity and low limit of detection of Cesium in seawater

Tin Phan Nguy, Volkan Kilinc, Ryoma Hayakawa, Catherine Henry-De-Villeneuve, Jean-Manuel Raimundo, Yutaka Wakayama, Anne Charrier

Sensors and Actuators B: Chemical 351:130956 (2022)10.1016/j.snb.2021.130956

2021

OC-0133 Dosimetric characterizations of a novel inorganic scintillating detector - HDR brachytherapy

S. B.C. Debnath, D. Tonneau, C. Fauquet, A. Tallet, A. Goncalves, M. Ferre, J. Darreon

Radiotherapy & Oncology 158:S99 (2021)10.1016/S0167-8140(21)06324-6

In situ plant materials hyperspectral imaging by multimodal scattering near-field optical microscopy

Anne Charrier, Aubin C Normand, Ali Passian, Philip Schaefer, Aude L. L. Lereu

Communications Materials 2:59 (2021)10.1038/s43246-021-00166-7

Spray Pyrolysis Synthesis of Pure and Mg-Doped Manganese Oxide Thin Films

Mohamed Amine Dahamni, Mostefa Ghamnia, Salah Eddine Naceri, Carole Fauquet, Didier Tonneau, Jean-Jacques Pireaux, Abed Bouadi

Coatings 11:598 (2021)10.3390/coatings11050598

Signal amplification of fiber integrated X-ray detector and energy independence

S.B.C. Debnath, J. Darreon, A. Tallet, A. Goncalves, D. Tonneau, C. Fauquet

IEEE Sensors Journal 1-1 (2021)10.1109/JSEN.2021.3091660

Dosimetric characterization of a small-scale (Zn,Cd)S:Ag inorganic scintillating detector to be used in radiotherapy

Sree Bash Chandra Debnath, Didier Tonneau, Carole Fauquet, Agnes Tallet, Anthony Goncalves, Julien Darreon

Physica Medica European Journal of Medical Physics 84:15-23 (2021)10.1016/j.ejmp.2021.03.022

High resolution small‐scale inorganic scintillator detector: HDR brachytherapy application

Sree Bash Chandra Debnath, Marjorie Ferre, Didier Tonneau, Carole Fauquet, Agnes Tallet, Anthony Goncalves, Julien Darreon

Medical Physics (2021)10.1002/mp.14727

Signal Amplification of Fiber Integrated X-Ray Detector and Energy Independence

Sree Bash Chandra Debnath, Julien Darreon, Agnes Tallet, Anthony Goncalves, Didier Tonneau, Carole Fauquet

IEEE Sensors Journal 21:18793-18799 (2021)10.1109/JSEN.2021.3091660

Biomechanics as driver of aggregation of tethers in adherent membranes

Long Li, Mohammad Arif Kamal, Bernd Henning Stumpf, Franck Thibaudau, Kheya Sengupta, Ana-Sunčana Smith

Soft Matter 17:10101-10107 (2021)10.1039/d1sm00921d

Influence of force volume indentation parameters and processing method in wood cell walls nanomechanical studies

Aubin C Normand, Anne Charrier, Olivier Arnould, Aude L. Lereu

Scientific Reports 11:5739 (2021)10.1038/s41598-021-84994-0

Thermoplasmonics of metal layers and nanoholes

Benoit Rogez, Zakaria Marmri, Franck Thibaudau, Guillaume Baffou

APL Photonics 6:101101 (2021)10.1063/5.0057185

An Interactive micromanipulation station combined to a confocal XRF instrument : proof of concept and volume resolution

D. Tonneau, D. Renahy, S. Douillet, H. Maradj, C. Fauquet, F. Marchi

IEEEXplore Digital Library (2021)10.1109/MARSS49294.2020.9307924

2020

Photocatalytical properties of NiO nanofilms doped with Ba

S. Boulila, M. Ghamnia, A. Boukhachem, A. Ouhaibi, M. Chakhoum, C. Fauquet, V. Heresanu, D. Tonneau

Philosophical Magazine Letters 100:283-293 (2020)10.1080/09500839.2020.1760389

Nanomechanics and Raman Spectroscopy of in Situ Native Carbohydrate Storage Granules for Enhancing Starch Quality and Lignocellulosic Biomass Production

Rubye Farahi, Aude L. Lereu, Anne Charrier, Udaya C Kalluri, Brian H Davison, Ali Passian

ACS Omega 5:2594−2602 (2020)10.1021/acsomega.9b02849

Femtomolar detection of Cu2+ ions in solution using super-Nernstian FET-sensor with a lipid monolayer as top-gate dielectric

A. Kenaan, F. Brunel, J.-M. Raimundo, Anne Charrier

Sensors and Actuators B: Chemical 316:128147 (2020)10.1016/j.snb.2020.128147

Electrolyte-gated-organic field effect transistors functionalized by lipid monolayers with tunable pH sensitivity for sensor applications

Tin Phan Nguy, Ryoma Hayakawa, Volkan Kilinc, Matthieu Petit, Yemineni S L V Narayana, Masayoshi Higuchi, Jean-Manuel Raimundo, Anne Charrier, Yutaka Wakayama

Applied Physics Express 13:011005 (2020)10.7567/1882-0786/ab5322

2019

Investigation of Some Physical Properties of Cobalt Doped MoO3 Nanofilms and Their Effects on the Degradation of the Methylene Blue Solution under UV Illumination

N. Benameur, A. Boukhachem, M. Ghamnia, M. Chakhoum, M. Dahamni, C. Fauquet

International Journal of Chemical Engineering and Applications 10:33-39 (2019)10.18178/ijcea.2019.10.2.736

High spatial resolution inorganic scintillator detector for high energy X-ray beam at small field irradiation

S.B.C Debnath, Agnes Tallet, S. Lavandier, Sree Bash, Chandra Debnath, C. Fauquet, Agnès Tallet, Anthony Gonçalves, S Ebastien Lavandier, F. Jandard, D. Tonneau, Julien Darréon

Medical Physics (2019)10.1002/MP.14002

Structure of a Zn monolayer on Ag(111) and Ag(110) substrates: an AES, LEED and STM study

Maradj Hicham, Carole Fauquet, Mostefa Ghamnia, Benedicte Ealet, Nabil Rochdi, Sébastien Vizzini, Jean-Paul Biberian, Bernard Aufray, Haik Jamgotchian

Surface Science : A Journal Devoted to the Physics and Chemistry of Interfaces (2019)10.1016/j.susc.2019.02.007

Self-organization of red blood cell suspensions under confined 2D flows

Cécile Iss, Dorian Midou, Alexis Moreau, Delphine Held, Anne Charrier, Simon Mendez, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer

Soft Matter (2019)10.1039/C8SM02571A

Novel and Innovative Interface as Potential Active Layer in Chem-FET Sensor Devices for the Specific Sensing of Cs+

Volkan Kilinc, Catherine Henry-De-Villeneuve, Tin Phan Nguy, Yutaka Wakayama, Anne M Charrier, Jean-Manuel Raimundo

ACS Applied Materials & Interfaces 11:47635-47641 (2019)10.1021/acsami.9b18188

Stable operation of water-gated organic field-effect transistor depending on channel flatness, electrode metals and surface treatment

Tin Phan Nguy, Ryoma Hayakawa, Volkan Kilinc, Matthieu Petit, Jean-Manuel Raimundo, Anne Charrier, Yutaka Wakayama

Japanese Journal of Applied Physics 58:SDDH02 (2019)10.7567/1347-4065/ab09d2