Plateforme de capteurs de gaz sélectifs pour le diagnostic prématuré du cancer du poumon

Contexte et objectifs : La plateforme analytique basée sur des capteurs de gaz est une approche prometteuse au point d'intervention pour un diagnostic autonome, rapide et précoce des maladies. L'haleine humaine est un mélange complexe de différents gaz. La concentration et la nature de ces gaz peuvent être une source d'identification de l'état de santé d'une personne. Par exemple, l'augmentation de la concentration de certains composés organiques volatils (COV) dans l'haleine, tels que le toluène (30 ppb), le propanol (400 ppb), l'o-xylène (25 ppb) et le cyclohexane (200 ppb) indique le début du 1er stade du cancer du poumon¹. Ainsi, l’identification précise de ces gaz biomarqueurs de maladies dans l’haleine humaine peut constituer un pas en avant dans la détection précoce du cancer du poumon. Dans cette optique, l'objectif de ce programme de doctorat proposé est de développer une plateforme de microcapteurs de gaz sélectifs pour la détection des biomarqueurs COV du cancer du poumon dans l'haleine expirée d'une personne. Les capteurs de gaz seront basés sur des oxydes métalliques conducteurs de surface, tels que SnO₂, grâce à leur haute sensibilité aux différents COV, leur abondance, leur faible coût et leur facilité de transformation en films minces². Cependant, l’un des principaux défis des capteurs SnO₂ est le manque de sélectivité et les interférences élevées dues à l’humidité, lors du fonctionnement du capteur à basse température. Cette thèse visera à relever ces challenges existants des capteurs de gaz SnO₂ pour les rendre adaptés à l'identification des biomarqueurs du cancer du poumon.

Description du travail : Pour relever les défis susmentionnés, une stratégie à plusieurs volets est envisagée dans ce programme de doctorat, qui est détaillée ci-après.

(a) L'une des tâches clés du chercheur doctorant sera de développer des méthodes de fonctionnalisation de surface sur SnO₂ pour introduire des fonctionnalités spécifiques afin d'améliorer sa sélectivité aux biomarqueurs COV ciblés. La méthode de fonctionnalisation sera basée sur l'électroréduction du diazonium ³, dans laquelle, sous l'influence d'un potentiel électrochimique, une molécule organique est greffée de manière covalente sur la surface conductrice. Le futur doctorant réalisera la fonctionnalisation de différents types de molécules organiques, telles que des aryls avec porteurs accepteurs d'électrons, des donneurs d'électrons et des groupes volumineux. La méthode est très polyvalente et peut déposer une monocouche ou une multicouche de film organique nanométrique en continu ou de manière discrète sur une surface conductrice. Le travail comprendra l'optimisation de différentes conditions électrochimiques (potentiel, temps, additifs, convection) pour obtenir une monocouche de greffage des aryles substitués. Le doctorant sera exposé à des équipements en électrochimie, tels que le potentiostat, la microbalance électrochimique à cristal de quartz (EQCM) et le spectromètre d'impédance.

(b) Une autre tâche consisterait à incorporer le film SnO₂ fonctionnalisé sur les électrodes du capteur de gaz et à caractériser les capteurs en fonction des COV ciblés. Le chercheur doctorant utilisera des méthodes d'impression par sérigraphie et par jet d'encre pour traiter l'encre métallique et la formulation de SnO₂. Les capteurs seront testés sur différents biomarqueurs de COV et les interférents potentiels, en particulier l'humidité, sur les bancs d'essai automatisés existants dans l'équipe de recherche. Le chercheur doctorant bénéficiera des vastes installations de l'équipe d'accueil en matière de formulation d'encre, de traitement de couches minces par jet d'encre et de méthodes de sérigraphie et de développement de bancs de mesure personnalisés pour les tests de capteurs. De plus, le chercheur aura accès à l'analyseur de chimisorption pour étudier les interactions gaz-matériaux.

(c) La tâche finale serait la caractérisation des matériaux en collaboration avec d'autres équipes et plateformes d'instrumentation du centre de recherche LGF et SPIN. Par exemple, différentes caractérisations de surface et morphologiques seront réalisées lors de la « Caractérisation des Microstructures et des Surfaces (CMS) ». Des études microstructurales seront réalisées en partenariat avec la « plateforme RX » du LGF.

(d) Outre les trois tâches clés, le doctorant aura l'occasion de participer à des conférences nationales et internationales, des écoles d'été et des séminaires sur l'électrochimie et les capteurs de gaz pour présenter les résultats de la recherche et réseauter avec d'autres chercheurs. Le chercheur devra rédiger un rapport, effectuer des analyses de données et préparer des publications.

Les missions sont susceptibles d’évoluer en fonction des besoins du service et de Mines Saint-Etienne.

Le poste est basé sur le campus de Saint-Étienne.

La participation à des activités opérées par les campus de Saint-Étienne et les collaborations internationales sont encouragées.

presentation de Mines Saint-Etienne

 « École d’ingénieur.e.s responsable, moteur d’innovations à impact sociétal » traduit l’engagement de nos enseignants-chercheurs et de notre personnel administratif et technique pour relever les défis des grandes transitions du XXIe siècle. Forts d’une histoire de plus de 200 ans, de l’excellence de nos personnels et de nos étudiant.e.s, nous assurons des missions de formation, de recherche, d’innovation, de transfert vers l’industrie et de culture scientifique, technique et industrielle. Avec 2 500 élèves, 500 personnels, et un budget de 50 M€, nous rayonnons sur 3 campus dédiés à l’industrie des futurs, à la santé et au bien-être et à la souveraineté numérique et microélectronique, situés dans 3 métropoles majeures : Saint-Etienne, Lyon et Aix-Marseille-Provence. Classée par le magazine l’Etudiant dans le TOP 10 national et présente dans les classements internationaux, Mines Saint-Etienne est membre du réseau T.I.M.E. des meilleures « Technological Universities » mondiales et, par son appartenance à l’Institut Mines-Telecom, membre de l’Université Européenne EULIST.

Rejoindre aujourd’hui Mines Saint-Etienne, c’est faire le choix de contribuer à son impact sur la société et sur les défis des grandes transitions du XXIe siècle, dans un environnement stimulant, international et à taille humaine, au service de nos étudiants, enseignants, chercheurs, partenaires industriels et universitaires. C’est aussi le choix de rejoindre une équipe qui vous fera progresser dans vos compétences et vous donnera envie de continuer avec nous.

UNE ECOLE DE L’INSTITUT MINES-TELECOM :

L’Institut Mines-Télécom est le 1er groupe public de Grandes Écoles d’ingénieur.e.s et de management de France. Constitué de huit Grandes Écoles publiques et de deux écoles filiales, l’Institut Mines-Télécom anime et développe un riche écosystème d’écoles partenaires, de partenaires économiques, académiques et institutionnels, acteurs de la formation, de la recherche et du développement économique.

La stratégie 2023-2027 de Mines Saint-Etienne s’inscrit dans celle de l’Institut Mines Telecom. Elle a pour ambition d’accompagner les transitions écologique, numérique, et générationnelle et d’en former les acteurs et de soutenir la souveraineté nationale et européenne en microélectronique et numérique.

ENVIRONNEMENT DU POSTE ET DESCRIPTION DES MISSIONS :

Présentation du centre/laboratoire d’accueil : Le programme de thèse proposé sera réalisé au sein du groupe Capteurs de gaz de l'équipe SURF du Laboratoire George Friedel (LGF, CNRS UMR 5307). Le groupe de recherche fait partie du département « Procédés de Transformations des Solides et Instrumentation (PTSI) » du centre de recherche SPIN de l'Ecole des Mines de Saint Etienne. L'équipe possède une vaste expérience dans le développement de capteurs de gaz à base de MOx pour des applications environnementales et médicales.

• Candidat titulaire d'un Master et d'un diplôme d'ingénieur en chimie, génie chimique et science des matériaux.

• Expérience en physicochimie. Une expérience antérieure dans le travail avec des capteurs de gaz ou des techniques d'électrochimie (voltamétrie cyclique, ampérométrie) est appréciée.

• Connaissance de la chimie de surface des matériaux.

• Bonnes compétences en anglais parlé et écrit.

• Motivé par la recherche et adapté au travail en équipe.