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PMN||Physique des Matériaux et Nanostructures

ANR TEM-MOF-English

ANR TEM-MOF

Gestion de la thermicité des matériaux MOF

January 2024 – December 2027

Projet coordinator :  Thomas DEVIC DR CNRS (ST2E team)

Persons of IMN involved :  Stéphane GROLLEAU (IE UNIV), Nicolas STEPHANT (IE UNIV)

Total financing :539 k€ with 182k€ for IMN

 

Metal-Organic Frameworks are emerging adsorbents presenting advantageous adsorption capacities, up to 60% higher than those of conventional activated carbons or zeolites. Consequently, for the two worldwide major issues of industry decarbonation and energy transition, those materials offer great perspectives such as CO2 capture and energetic gas (H2, CH4) storage. Nevertheless, those enhanced storage capacities are related to equally important inhibiting thermal effects (exothermic under adsorption, endothermic under desorption). At industrial scale, those thermal effects would induce major reduction in performances (capacity, selectivity and charge/discharge kinetics) even hazard issues (hot spots). Up to date, whereas the literature on MOF for gas storage or capture is plethoric, only few research efforts were devoted to the thermal management of MOF. The project is fully devoted to it, gathering a complementary consortium of partner experts on the various multidisciplinary aspects from MOF elaboration to the targeted applications. We will especially focus our work on the development of MOF/graphite conducting composites, which will for example be of interest for isothermal-diabatic applications such as CO2 capture in TSA processes. The 4 years research effort is shared between MOF and related composites elaborations and characterizations, comparison between raw MOF and composites, assessments of applications related performances, multi-scale modelisation (from composite material to industrial process) and lab-scale pilot tests. For all steps, from academic research to industrial concerns, environmental impacts are continuously considered.

 

ANR AZOTICS-English

Nanoparticules photostimulables pour l'imagerie d'inflammation en système microvasculaire par microscopie photoacoustique à fort contraste
(Projet-ANR-21-CE06-0034)Azotics

Janvier 2021 - Décembre 2025

Partenaire IMN du projet : Stéphane CUENOT   (équipe PMN)

Coordinateur :
Chimie Et Interdisciplinarité, Synthèse, Analyse, Modélisation (CEISAM Nantes)
Partenaires :
Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPHY Saint Martin d'Hères)
Centre de Recherche en Cancérologie et Immunologie Nantes Angers (CRCINA Nantes)
Techniques de l'Ingénierie Médicale et de la Complexité - Informatique, Mathématiques et Applications (TIMC-IMAG Grenoble)

The recent rise of high-resolution and depth imaging techniques like photoacoustic microscopy (PA) stimulates novel research areas in biology. In vivo tracking of immune cells, signaling inflammation and severe pathologies thereof, is one of them and attracts great interest. The interdisciplinary AZOTICS project thus aims at addressing the current PA microscopy limitations by fabricating innovative biocompatible elastomeric nanolabels relying on azo photochromes. Photostimulated actuation mechanisms will help amplify the PA contrast based on thermal expansion. The photoinduced mechanical deformations of single nano-objects will be assessed at the nanoscale using atomic force microscopy. Their PA imaging capability will be valued through an in vitro, in cellulo and in vivo continuum involving monocyte and macrophage staining, microfluidic systems mimicking microvasculature, and inflammatory models.


ANR SMARTIES-English

Conception d'hydrogels injectables à base d'un exopolysaccharide marin Smartiespour l'ingénierie ostéo-articulaire
(Projet-ANR-22-CE52-0005)

Octobre 2022 - Février 2027

Partenaire IMN du projet : Stéphane CUENOT  (équipe PMN)

Coordinateur :
Institut Francais de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER Nantes)
Partenaires :
Inserm RMeS Nantes

Personnels IMN impliqués :
Jean LE BIDEAU (PR UNIV)


Osteochondral injuries remain an unmet medical need with huge clinical expectations, since untreated they often evolve to osteoarthritis and ultimately lead to total joint replacement. Current surgical treatments, including cell-based therapies, such as autologous chondrocyte implantation allow only a partial functional recovery. To overcome the drawbacks related to these techniques (limited cell availability, donor site morbidity, logistical and regulatory complexity), alternative cell-free approaches have recently been considered with a growing interest. In this context, SmartIEs project aims to explore a cell-free strategy to repair osteochondral lesions by developing a smart hydrogel scaffold that will very efficiently recruit regenerative progenitor cells and stimulate their differentiation into appropriate cell lineages capable of regenerating both cartilage and subchondral bone. This strategy will be carried out with two main objectives. In the first objective, an injectable thermoresponsive hydrogel based on a marine bacterial exopolysaccharide (EPS) endowed with glycosaminoglycan (GAG)-mimetic properties will be developed. The thermoresponsive property will arise from the poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAm) grafted on the polysaccharide backbone. By loading this hydrogel with EPS-based microgels encapsulating two growth factors (GFs), either Transforming Growth Factor-b1 (TGF-b1) or Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2), a bifunctional hydrogel will be formed. In vivo, progenitor cells will then migrate through this deformable, fast relaxing hydrogel and differentiate by interacting with appropriate GFs to simultaneously promote cartilage (TGF-β1) and bone (BMP-2) regeneration. The second objective will consist in the biological evaluation of the bifunctional hydrogel containing GF-loaded microgels to repair osteochondral defects in a relevant large animal model.

 

ANR FASTRAIN - English

Contrôle des transitions de phases ultrarapides dans les matériaux quantiques par la voie athemique des ondes de déformation


Octobre 2023 – Octobre 2027

Coordinateur IMN du projet :  Etienne JANOD (équipe PMN)

Personnels IMN impliqués :  Laurent CARIO (équipe PMN), Benoit CORRAZE (équipe PMN), Julien TRANCHANT (équipe PMN), Olivier HERNANDEZ (équipe MIOPS), Jean-Yves Mevellec, Bernard Humbert (équipe PMN) et Florent Pawula (équipe PMN)

 

Driving matter far away from equilibrium by ultrafast laser pulse opens new avenues to direct materials to other macroscopic phases through non-thermal dynamical pathways.

The FASTRAIN project aims to unravel the physical backgrounds of ultrafast phase transitions in quantum materials caused by a universal non-thermal mechanism, whereby dynamic strain waves are directly photoinduced in the material and trigger a phase transformation. This uncharted mechanism is however potentially present in any photoinduced transitions involving volume and/or ferroelastic deformation. Photoexcitation by an ultrafast laser indeed generates an elastic stress, which will be relaxed by launching a volume (and/or symmetry change) strain wave. In this project, we will focus on Mott insulators, a large class of correlated quantum materials widely studied since half a century. We plan to demonstrate and rationalize the crucial role of the strain wave mechanisms on the photoinduced Mott insulator to metal transitions, which are inherently coupled to a volume change. Our time-resolved preliminary results probing electronic (reflectivity) and structural (X-ray diffraction) properties have established that a laser pulse drives the Mott insulator V2O3 towards a complete insulator-metal transition controlled by a strain wave. In this project, we will clarify the respective impact of symmetry breaking and volume change on the multiscale dynamics along the photoinduced transition pathway. Moreover, we will explore the link between local precursors and macroscopic phase transformation. Finally, we will clarify the conditions favoring the insulator-to-metal conversion, which can be complete in granular thin films and limited in bulk crystals. The FASTRAIN project brings together a wide range of expertise ranging from correlated quantum materials (IMN, GREMAN) to the physics of photoinduced phase transitions (IPR, ESRF). The ideas developed in FASTRAIN will impact other fields, especially the broad class of quantum materials presenting a phase transition involving elastic deformations. It will also shed light on our understanding and assess the ultimate performance of future innovative devices, such as hardware neural networks for artificial intelligence based on Mott insulators.

 

ANR COBEDIT - English

Contrôle des liaisons covalentes par la topochimie des matériaux chalcogénures


Octobre  2023 – Octobre 2027

Coordinateur IMN du projet :  Shunsuke SASAKI (équipe PMN)

Personnels IMN impliqués : Laurent Cario (équipe PMN), Stéphane Jobic (équipe MIOPS), Isabelle Braems (équipe ID2M), Maité Caldes (équipe MIOPS)

 

The COBEDIT project aims at exploration of new functional materials using low temperature structural transformation by topochemistry of lamellar materials containing covalent anion-anion bonds. This topochemistry employs precursor materials in which anionic chalcogen oligomers are sandwiched between cationic sheets. These anionic moieties (Qn)2- (Q = S, Se) are found to be highly reactive with zerovalent metals leading to either intercalation of the transition metal cations into the host lattices or de-insetion of half of the chalcogen atoms upon the use of alkaline metals. Based on the topochemical reactions exploiting the concept of anion redox, the project will set up rational designs of new low-dimensional quantum materials as well as semiconductors potentially useful as optical or (photo)catalytic materials.

 

ANR DISLOCARBON - English

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Dislocations dans les nanomatériaux carbonées en couches

Janvier 2024 – Juin 2027

Coordinateur IMN du projet :  Chris Ewels (équipe PMN)

Personnels IMN impliqués : Maxime Bayle (équipe PMN), Doctorant (arrivée en Septembre 2024)

 

Abstract: Layered dislocated materials are fundamentally different from their non-dislocated counterparts.

The aim of the project is to explore and extend dislocation theory for 2D layered materials, to understand dislocation core structures, migration and interaction with impurities such as water and cations like Li and Na. To explore the role of dislocations in intercalation, to guide the design of dislocations in graphite battery electrodes for high-speed metal intercalation and deintercalation.

The team leading this research project comprises three partners in Nantes, Bordeaux (ISM) and Lyon (LMI), as well as three foreign associates in the UK (Loughborough), Spain (Zaragoza) and Australia (Curtin).

 

 

Opération "femme de science" - 2024 - Portrait de Patricia Abellan

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La délégation Bretagne et Pays de la Loire du CNRS participe cette année encore à la mise en avant de parcours de femmes scientifiques à l’occasion du 11 février – journée des femmes et filles de sciences, et du 8 mars – journée internationale des droits des femmes. Chaque semaine entre ces deux dates, un entretien d'une physicienne, à l’occasion de l’année de la physique 2023-2024.

C'est Patricia Abellan, chercheuse CNRS dans l'équipe Physique des Matériaux et Nanostructures (PMN) qui a été interviewée dans le cadre de cette opération.

Retrouvez l'entretien complet sur le site de la Délégation Régionale du CNRS.

ERC DREAM-SWIM

logoPatricHD

Dosimetry of Ultra-High Dose-Rate Electron Beams at Solid-Water Interfaces in Electron Microscopy: A Key Advance in Hydrated Samples Research

Juin 2024 - Mai 2029

Coordinateur IMN du projet : Patricia ABELLAN  (équipe PMN)


Electron microscopy (EM) has played a key role in the discovery of many new materials, as well as the elucidation of the role of defect structures and interfaces on material properties and behaviour. Current electron microscopes are capable of maintaining the relevant hydrated state of samples by means of cryofixation techniques or by using dedicated liquid cells. This opens up the possibility of investigating crucial interfaces, such as those in complex aqueous systems that, despite their significance, remain poorly understood. The study of water-solid interfaces in the EM is currently limited by the sensitivity of aqueous samples and interfaces to the action of the electron beam. Knowledge of the fundamental chemical processes induced by interaction with the electron beam is needed for the interpretation of results, prediction and design of experiments and to potentially mitigate electron-beam effects. Here, I propose to develop novel instrumentation and approaches to allow for the direct determination of the yields of radicals and molecules produced as well as reaction kinetics in the EM and at the interface between materials and aqueous solutions. This new concept will permit us to precisely assess the effect of important factors in the radiolysis of aqueous solutions inside the EM such as the very high electron dose rates, the supports, liquid volume, temperature or the effect of nanomaterials’ interfaces. This newly accessible knowledge will lead to the interpretation of numerous EM experiments and will be used to develop novel data-informed adaptive scanning approaches specifically designed for in situ dynamic acquisition with minimal chemical effects in the samples. An important goal of this project is to conceive new predictive models for the radiolytic chemistry produced during EM experiments, which will open the door to the future design of mitigation procedures for radiolysis damage in EM.

ANR PREMIUM (2)

Procédé intensifié couplant réaction et séparation basé sur l’utilisation de membranes fonctionnalisées par des enzymes pour la récupération de biomolécules à partir de microalgues.

Janvier 2024 – Juin 2027

Estelle Couallier (GEPEA) et Agnes Schulze (IOM, Germany): Porteurs du projet

Subvention ANR (financement français) : 700 k€ dont 132,7k€ pour l’IMN

DFG subventionne également ce projet (financement allemand à même hauteur)

Le Laboratoire de Génie des Procédés pour l'Environnement et l'Alimentation ,GEPEA à St Nazaire et l'Institut Leibniz de Génie des Surfaces, IOM à Leibniz, Allemagne sont porteurs et l’IMN est partenaire

Coordinateur IMN du projet :  Patricia Abellan (équipe PMN)

Personnels IMN impliqués : Philippe Moreau (équipe ST2E), Nicolas Stéphant

 

 

Les microalgues constituent une bioressource précieuse et prometteuse pour la récupération des nutriments et des produits chimiques, avec un rendement de production très élevé par rapport aux plantes supérieures. Malheureusement, la plupart des biomolécules libérées se rassemblent en agrégats, ce qui limite actuellement l'efficacité de la séparation. L'ambition du projet collaboratif international PREMIUM est de s'attaquer à cette limitation industrielle majeure en développant un réacteur membranaire biocatalytique pour la récupération efficace des biomolécules. Le procédé sera basé sur des membranes sur lesquelles des enzymes seront greffées, afin de coupler réaction enzymatique et filtration membranaire. Dans ce contexte, l'objectif principal du travail à l'IMN est de développer des méthodes pionnières de cryomicroscopie électronique pour la caractérisation des membranes afin d'évaluer la disponibilité des enzymes et les propriétés de filtration à l'échelle nanométrique. Ces informations, non disponibles actuellement, sont cruciales pour concevoir une nouvelle génération de réacteurs membranaires biocatalytiques qui pourraient permettre la valorisation de la biomasse microalgale et accompagner une transition vers une croissance et un développement durables, avec des impacts potentiels dans le domain alimentaire pour assurer l'accès à une alimentation saine et sûre pour les générations futures, les énergies durables, et la chimie et l'ingénierie vertes.

Ce projet nécessite de réunir les compétences en génie chimique appliquées au bioraffinage des microalgues du GEPEA, en ingénierie et fonctionnalisation des membranes de l'IOM et en caractérisation des membranes par microscopie électronique et techniques complémentaires de l'IMN et de l'IOM.

 

ANR SMARTIES

Conception d'hydrogels injectables à base d'un exopolysaccharide marin Smartiespour l'ingénierie ostéo-articulaire
(Projet-ANR-22-CE52-0005)

English version

Octobre 2022 - Février 2027

Partenaire IMN du projet : Stéphane CUENOT  (équipe PMN)

Coordinateur :
Institut Francais de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER Nantes)
Partenaires :
Inserm RMeS Nantes

Personnels IMN impliqués :
Jean LE BIDEAU (PR UNIV)


Les lésions du cartilage articulaire constituent encore un défi clinique. Les traitements chirurgicaux actuels, dont les thérapies cellulaires, permettent seulement une récupération partielle de la fonction articulaire.

Ce projet a pour but d’explorer une stratégie acellulaire par la conception d’un hydrogel innovant pour recruter les cellules progénitrices et stimuler leur différenciation vers une lignée cellulaire appropriée pour régénérer à la fois le cartilage et l’os sous-chondral. Dans ce contexte, le nouvel hydrogel injectable à base d’un exopolysaccharide bactérien marin doté des propriétés glycosaminoglycane-mimétiques sera développé. L’efficacité de cet hydrogel, enrichi avec des microparticules contenant des facteurs de croissance pour réparer les défauts ostéo-articulaires sera évaluée lors d’essais précliniques.

Ce projet constitue une étape importante dans le traitement des lésions cartilagineuses et ouvrira une nouvelle voie pour des essais cliniques futurs.

ANR TEM-MOF

ANR TEM-MOF

Gestion de la thermicité des matériaux MOF

English version

Janvier 2024 – Décembre 2027

Coordinateur IMN du projet :  Thomas DEVIC DR CNRS (équipe ST2E)

Personnels IMN impliqués :  Stéphane GROLLEAU (IE UNIV), Nicolas STEPHANT (IE UNIV)

Subvention ANR :539 k€ dont 182k€ pour l’IMN

 

Les MOF sont des adsorbants émergents dont les capacités d’adsorption sont jusqu’à 60% supérieures à celles des charbons actifs ou zéolithes conventionnels, ouvrant des perspectives prometteuses pour les enjeux stratégiques de transition énergétique comme la capture du CO2 ou le stockage de vecteurs énergétiques (H2, CH4, GN). Néanmoins, ces capacités avancées s’accompagnent d’effet thermiques inhibiteurs tout aussi importants (exothermique lors de l’adsorption, endothermique lors de la désorption). A l’échelle des applications industrielles, ces effets induisent des baisses de performances significatives (en capacité, sélectivité et cinétiques de charge/décharge), ou encore d’éventuels dangers de points chauds. Jusqu’alors, bien que la littérature concernant les MOF soit pléthorique, peu de recherches ont été consacrées à la gestion de ces phénomènes de thermicité. Le projet TEM-MOF leur est entièrement consacré, regroupant un consortium de partenaires complémentaires (IMN, LTeN, ICMN). Nous nous intéresserons en particulier au développement de composites conducteurs MOF/graphite permettant d’améliorer le fonctionnement des procédés d’adsorption, par exemple la capture de CO2 en procédés TSA. Les 4 années de projet sont partagées entre les activités d’élaboration de MOF ou de composites, de caractérisations, de comparaisons de performances entre MOF et composites, de modélisations multi-échelles et d’expérimentations applicatives pilotes.

 

 

ANR ELECTROPHONE

Transitions de phase ELECTROnique de matériaux moleculaires controllées par PHONONIQUE non-linéaire
(Projet-ANR-19-CE30-0004)Electrophone

Octobre 2019 - Mars 2024

Partenaire IMN du projet : Bernard HUMBERT  (équipe PMN)

Coordinateur :
Institut de Physique (IPR Rennes)
Partenaires :
Centre de physique théorique (CPhT Marseille)
Flatiron Institute / Center for Computational Quantum Physics

Personnels IMN impliqués :
Maxime BAYLE (MC UNIV), Laurent CARIO (DR CNRS), Benoit CORRAZE (MC UNIV),
Etienne JANOD (DR CNRS), Jean-Yves MEVELLEC (IR CNRS), Sophie QUILLARD (MC UNIV)


Les transitions de phase photo-induites, initiées par une impulsion optique intense, permettent un contrôle ultra-rapide des propriétés physiques des matériaux par la lumière (2 eV). Cependant, la dissipation de chaleur et l'élévation de température limitent le contrôle des mouvements atomiques cohérents et des fonctions des matériaux. Il est alors nécessaire de trouver d'autres moyens pour piloter les matériaux à l'aide d'excitation optique de plus basse énergie. Cependant, l'activation par la lumière de modes de réseau "mous", pilotant des transitions de phase par instabilité de réseau, n'est pas toujours optiquement possible de façon directe, en raison de la plage de fréquences et / ou de la symétrie des modes interdisant des transitions optiques.

Nous proposons ici d’explorer les possibilités fascinantes offertes par la Phononique Non-Linéaire (Non-Linear Phononics=NLP) pour contrôler les matériaux moléculaires fonctionnels. La NLP utilise des excitations intenses dans le domaine infrarouge (0,2 eV) pour exciter un mode polaire QIR haute fréquence avec une grande amplitude, capable de se coupler par des termes non linéaires (anharmoniques) et d'activer des "modes mous" capables d'induire une transition de phase. La moyenne temporelle <QIR2> du mode excité crée un potentiel dynamique "effectif", rectifiant le champ de phonons et pilotant adiabatiquement le mode "mou", ce qui peut modifier de façon considérable les positions atomiques et même créer une nouvelle phase, avec différents ordres structuraux et électroniques. Ce processus se produit de manière abrupte, à l’échelle de temps de la période d'oscillation des phonons. Ainsi, il est possible de briser la symétrie en faisant évoluer le système vers un état plus ordonné, ce qui permet de revisiter le vieil adage "la structure fait la fonction". Ce nouveau champ d'investigation ne fait qu'émerger et la phononique non-linéaire n'a été utilisée principalement que sur quelques matériaux inorganiques.

Compte tenu de nos prédictions théoriques attrayantes, de nos capacités expérimentales et de la technologie dont nous disposons, adaptée à ce défi, nous proposons de développer la phononique non linéaire, pour le contrôle des transitions de phase électroniques dans les matériaux moléculaires, qui constituent de grandes ressources en terme de fonctionnalités variées. Ils présentent des instabilités originales entre états électroniques moléculaires (charge, spin,…), qui sont fortement couplées aux distorsions structurales des molécules et du réseau, et qui en font des candidats idéaux pour tester ce nouveau concept en matière condensée.

Notre approche, qui consiste à combiner nos expertises théorique et expérimentale en science des matériaux, semble être une stratégie efficace et attrayante pour explorer différents types de couplage entrant en jeu, et différents processus physiques derrière le contrôle par NLP de transitions de phase. ELECTROPHONE bénéficiera de l’expertise complémentaire des différents partenaires, car le développement de ce projet ambitieux nécessite une connaissance parfaite de la structure cristalline, des phonons et de la symétrie, des calculs des modes intra et intermoléculaires, ainsi que de la description théorique de leurs couplages et enfin des expériences de phononique non linéaire utilisant des techniques ultra-rapides résolues en temps. Notre objectif ultime consiste à développer une nouvelle image physique de la phononique non linéaire dans des matériaux présentant des transitions de phase électronique, via les collaborations majeures entre les expérimentateurs et les théoriciens du projet.

ANR OPIFCAT

Fluorures inorganiques poreux ordonnés comme catalyseurs hétérogènes efficients
(Projet-ANR-20-CE08-0026)Opifcat

Octobre 2020 - Décembre 2024

Partenaire IMN du projet : Chris EWELS  (équipe PMN)

Coordinateur :
Institut des Molécules et Matériaux (IMM Le Mans)
Partenaires :
Institut de Chimie des Milieux et Matériaux (IC2MP Poitiers)
ROP Groupe SOLVAY / RHODIA OPERATIONS

 


L'élément fluor est utilisé dans des domaines aussi variés que la médecine, l'énergie, la microélectronique et les plastiques de tous les jours. Rare à l'état naturel, un nombre considérable de synthèses de composés organiques fluorés a été développé en utilisant des catalyseurs pour améliorer à la fois l'activité et la sélectivité. La fluoration catalysée par HF en phase gaz est largement appliquée à l'échelle industrielle, en particulier pour les composés fluorés aliphatiques non fonctionnalisés préparés à partir de précurseurs chlorés par échange Cl/F. En revanche, cette stratégie ne s'applique pas aux composés fluorés aliphatiques fonctionnalisés en raison de la sensibilité de la plupart des fonctions organiques à HF, ni aux fluorures aromatiques qui sont essentiellement produits par 2 réactions en phase liquide (Balz-Schiemann et HALEX). Cependant, ces réactions, peu sélectives, génèrent de grands volumes d'effluents non recyclables. Par conséquent, il est nécessaire de trouver de nouvelles méthodes de fluoration plus efficaces, sélectives tout en étant respectueuses de l'environnement. Une telle alternative, déjà utilisée avec succès pour les molécules fluorées aliphatiques non fonctionnalisées, est la fluoration en une seule étape de molécules aromatiques chlorées par échange C/F sous HF gaz en présence de catalyseurs. Outre l’absence de solvant, HCl est le seul sous-produit qui plus est recyclable. Récemment, des nanofluorures ont été utilisés comme catalyseurs pour la fluoration de la 2-chloropyridine. Si la sélectivité est optimale pour cette réaction, l'activité significative, liée à la faible acidité de Lewis des sites actifs, reste cependant à améliorer en augmentant la surface spécifique du catalyseur. En effet, étant donné les conditions opératoires sévères (HF gaz à 350°C), les catalyseurs nanofluorés subissent un processus de frittage conduisant à une perte drastique des surfaces spécifiques initialement prometteuses. Ce point d'achoppement nous oblige à explorer des directions innovantes afin de développer des matériaux répondant aux 3 exigences clés d'un catalyseur: l'activité liée à sa surface spécifique, la sélectivité et la stabilité en particulier dans des conditions de fonctionnement extrêmes.

L'innovation du projet OPIFCat est de préparer des matériaux fluorés métalliques inorganiques en tant que catalyseurs efficaces, sélectifs et stables dans les conditions difficiles de fluoration des réactifs chlorés sous HF. A cette fin, nous explorerons de nouvelles architectures et des méthodes de production innovantes axées sur des fluorures inorganiques poreux ordonnés (OPIF) sensés résister à de telles conditions et dont la méthodologie d’élaboration sera bientôt brevetée par l’équipe de l’IMMM. La composition chimique de ces catalyseurs OPIF sera guidée par la modélisation de la réactivité des sites actifs. Nous ciblerons de nouvelles réactions d'échange Cl/F impliquant une substitution nucléophile aliphatique et aromatique avec cinq molécules appliquées aux domaines de l'énergie, de l'agrochimie et de la médecine. Ce projet vise à comprendre la relation structure-activité du catalyseur et à établir une «bibliothèque de catalyseurs» ayant diverses forces d'acidité de Lewis. Cette dernière aidera à sélectionner rapidement le catalyseur le plus approprié pour l'échange Cl/F en fonction des caractéristiques du réactif.

Ce projet OPIFCat s'appuie sur un consortium transdisciplinaire aux compétences complémentaires et implique un grand groupe industriel proactif dans la transition énergétique durable. Il est composé de scientifiques experts dans l'élaboration de matériaux fluorés et polymères (IMMM) ainsi que dans la catalyse hétérogène (IC2MP). Il est complété par un spécialiste de la modélisation des interactions en présence de nanomatériaux (IMN). Solvay assurera la mise à l'échelle des matériaux OPIF et leurs propriétés catalytiques seront validées dans un réacteur tubulaire continu

La radiolyse de la glace d'eau au microscope électronique fait la couverture du JPCC et du choix de l'éditeur de l'ACS

Dans cet article récent, des chercheurs de l'IMN utilisent l'EELS à l'intérieur d'un microscope électronique à transmission (Nant' Themis) pour obtenir les intensités relatives de la plupart des espèces contenant de l'oxygène produites par la décomposition radiolytique de la glace d'eau. Ce travail montre que, contrairement aux attentes résultant de l'extrapolation des données de radiolyse de l'eau liquide à des débits de dose élevés, où l'on s'attend à une production significative de H2O2, le principal produit moléculaire observé dans les spectres EELS JPCC_CoverIssue de la couche K de l'oxygène de la glace d'eau est l'O2 et propose un nouveau schéma de réaction à haute dose. Le manuscrit a été sélectionné comme ACS editor choice, qui met en avant des articles scientifiques d'intérêt public soumis à toutes les revues de l'ACS, et figure également sur la page de couverture de ce numéro du Journal of Physical Chemistry C.

En tant qu'article choisi 'ACS editor choice', il sera disponible gratuitement pendant 6 mois.

Lire l'article ici : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.3c02936

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In this recent paper by IMN researchers, using EELS inside a transmission electron microscope (Nant' Themis), the relative intensities of most of the oxygen-containing species produced by radiolytic water ice decomposition are obtained. This work shows that contrary to expectations from the extrapolation of liquid water radiolysis data to high dose rates, where significant H2O2 production is expected, the main molecular product observed in the oxygen K-edge EELS spectra of water ice is O2 and proposes a new high-dose reaction scheme. The manuscript was featured as ACS editor choice, which highlight scientific articles of broad public interest submitted to all ACS journals and is also featured in a cover page for the issue in the Journal of Physical Chemistry C.

As an ACS editor choice article, it will be freely available for 6 months.

Read the article here: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.3c02936

Radiolysis of Thin Water Ice in Electron Microscopy
Patricia Abellan, Eric Gautron and Jay A. LaVerne
Journal of Physical Chemistry C, 2023, 127, 15336-15345

ANR DISLOCARBON (2)

English version

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Dislocations dans les nanomatériaux carbonées en couches

Janvier 2024 – Juin 2027

Coordinateur IMN du projet :  Chris Ewels (équipe PMN)

Personnels IMN impliqués : Maxime Bayle (équipe PMN), Doctorant (arrivée en Septembre 2024)

 

Résumé : Les matériaux en couches disloquées sont fondamentalement différents de leurs équivalents non disloqués.

L’objectif du projet est d'explorer et d'étendre la théorie des dislocations pour les matériaux 2D en couches, de comprendre les structures centrales des dislocations, la migration et l'interaction avec des impuretés telles que l'eau et les cations comme Li et Na. Explorer le rôle des dislocations dans l'intercalation, afin de guider la conception des dislocations dans les électrodes de batteries en graphite pour l'intercalation et la désintercalation des métaux à grande vitesse.

L’équipe qui mènera ce projet de recherche est composée de trois partenaires à Nantes, Bordeaux (ISM) et Lyon (LMI), ainsi que de trois associés étrangers au Royaume-Uni (Loughborough), en Espagne (Zaragoza) et en Australie (Curtin).

 

ANR OVERbone

Contenu des vésicules extracellulaires ostéocytaires: une nouvelle approche pour la médecine régénératrice du tissu osseux
(Projet-ANR-20-CE18-0015)OVERbone

Octobre 2020 - Décembre 2024

Partenaire IMN du projet : Jean LE BIDEAU  (équipe PMN)

Coordinateur :
Regenerative Medicine and Skeleton (RMeS Nantes)

Personnels IMN impliqués :
Patricia ABELLAN (CR CNRS), Maxime BAYLE (MC UNIV), Nicolas STEPHANT (IE UNIV)


De nombreuses situations cliniques nécessitent la reconstruction de défauts en sites osseux. Une approche consiste à restaurer la masse osseuse en stimulant l’ostéogenèse. OVERbone vise à étudier un nouveau mécanisme de formation osseuse basé sur la sécrétion par les cellules osseuses de vésicules extracellulaires (EVs) utilisables pour la régénération tissulaire osseuse.
Les ostéocytes, des cellules hautement spécialisées qui sont incluses dans la matrice osseuse minéralisée, jouent un rôle important dans le maintien de l'homéostasie et de l'intégrité osseuse (réparation du tissu osseux) et sont intimement liés au processus de vieillissement osseux. De nombreuses EVs sont présentes dans la matrice osseuse et sont produites tout au long de la vie en réponse à de nombreux stimuli. Les EVs contiennent des molécules (protéines…) qui sont caractéristiques de leur cellule d'origine et garantissent leur fonctionnalité. Il a été montré in vitro que les ostéocytes produisent des EVs qui pourraient constituer un mécanisme sophistiqué de communication intercellulaire dans l'os. Ainsi, la diminution du renouvellement et de l’intégrité du tissu osseux (apparition de micro-fractures) au cours du vieillissement pourrait non seulement compromettre les propriétés mécaniques de l'os, mais également altérer cette voie de communication entre cellules osseuses.

Nos hypothèses sont que des EVs sont libérées par les ostéocytes in vivo, que cette libération constitue un événement clé dans le dialogue entre les ostéocytes et les autres cellules osseuses et que ces EVs sont indispensables à la fonction des ostéocytes dans l’os. De plus, nous pensons que ces EVs sont altérées au cours du vieillissement soit en quantité soit en qualité et que cette altération participe au vieillissement osseux.

L’objectif principal du projet OVERbone sera donc d’établir que ces EVs: 1) sont présentes dans le tissu osseux grâce à une approche d’imagerie nanométrique, 2) contrôlent l'ostéoformation et participent à la réparation osseuse, 3) renferment des molécules responsables de leurs propriétés régénératrices et que nous allons tenter d’identifier, et 4) que ces EVs (ou des molécules qu’elles contiennent) peuvent être utilisées pour stimuler la formation osseuse et améliorer in vivo la régénération osseuse.

Les principales nouveautés d’OVERbone reposent sur le fait que ces EVs ostéocytaires n’ont jamais été identifiées comme des acteurs de la réparation osseuse physiologique qui est altérée chez le patient âgé. De plus des informations sur la localisation/l'environnement des EVs dans le tissu osseux ainsi que sur leur ultrastructure observée in situ, permettront de mieux comprendre la communication entre cellules osseuses.

Au cours du projet OVERbone, des EVs seront produites in vivo à partir d'os de souris jeunes, adultes ou âgées. Deux sous-populations d’EVs (exosomes (< 100 nm) et microvésicules (jusqu’à 1 micron)) seront extraites et caractérisées. Cette caractérisation consistera en des mesures biophysiques, des analyses biochimiques pour confirmer la nature de ces EVs, leur origine cellulaire ainsi que leur contenu, et enfin une analyse fonctionnelle réalisée in vitro pour évaluer leurs effets sur la différenciation et l’activité des cellules ostéoformatrices. Les modifications quantitative et qualitative des EVs isolées de souris de différents âges seront également recherchées. Le défi de visualiser les EVs dans le tissu osseux sera relevé grâce à l’utilisation de nouvelles techniques d’imageries électroniques à haute résolution. Enfin l’activité ostéogénique et les propriétés régénératrices de ces EVs seront démontrée in vivo en association avec des biomatériaux grâce à des approches d’ingénierie tissulaire.

La réussite du projet OVERbone repose sur l’expertise complémentaire de ses partenaires dans les domaines de la physiopathologie du tissu osseux, l’imagerie à haute résolution, la purification et la caractérisation d’EVs et la régénération osseuse.

ANR COBEDIT (2)

Contrôle des liaisons covalentes par la topochimie des matériaux chalcogénuresEnglish version

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Octobre  2023 – Octobre 2027

Coordinateur IMN du projet :  Shunsuke SASAKI (équipe PMN)

Personnels IMN impliqués : Laurent Cario (équipe PMN), Stéphane Jobic (équipe MIOPS), Isabelle Braems (équipe ID2M), Maité Caldes (équipe MIOPS)

 

Le projet COBEDIT vise la synthèse de nouveaux matériaux fonctionnels en utilisant une transformation structurale à basse température par topochimie de matériaux lamellaires contenant des liaisons anion-anion covalentes. Cette topochimie utilisera comme précurseurs des matériaux solides pour lesquels des oligomères anioniques de chalcogènes sont pris en sandwich entre des feuillets cationiques. Ces groupements anioniques de type (Qn)2- (Q = S, Se) s’avèrent très réactifs vis-à-vis d’éléments chimiques zerovalents et conduiront soit à l’intercalation des métaux cationique dans le réseau hôte, soit à la désinsertion pour moitié des atomes de chacogène. En mettant à profit ces réactions topochimiques reposant sur le concept de rédox anionique, le projet explorera de nouveaux matériaux avec propriété quantiques, optiques et/ou catalytiques.

 

ANR AZOTICS

Nanoparticules photostimulables pour l'imagerie d'inflammation en système microvasculaire par microscopie photoacoustique à fort contraste
(Projet-ANR-21-CE06-0034)

Azotics

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Janvier 2021 - Décembre 2025

Partenaire IMN du projet : Stéphane CUENOT   (équipe PMN)

Coordinateur :
Chimie Et Interdisciplinarité, Synthèse, Analyse, Modélisation (CEISAM Nantes)
Partenaires :
Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPHY Saint Martin d'Hères)
Centre de Recherche en Cancérologie et Immunologie Nantes Angers (CRCINA Nantes)
Techniques de l'Ingénierie Médicale et de la Complexité - Informatique, Mathématiques et Applications (TIMC-IMAG Grenoble)

L’émergence récente de techniques d’imagerie hautement résolues et en profondeur comme la microscopie photoacoustique (PA) ouvre de nouveaux champs d’investigation biologique. Le suivi in vivo de cellules immunitaires, marqueurs d’inflammation et de sévères pathologies, en est un et suscite un intérêt prégnant. Le projet interdisciplinaire AZOTICS vise ainsi à pallier les limitations actuelles de la microscopie PA via la genèse de nanomarqueurs élastomères biocompatibles innovants à base de photochromes azoïques. Des mécanismes d’actuation photostimulés serviront à amplifier le contraste PA fondé sur une expansion thermique. Les déformations mécaniques photoinduites de nano-objets uniques seront évaluées par microscopie à force atomique. Leurs propriétés d’imagerie PA seront étudiées via un continuum in vitro, in cellulo et in vivo grâce au marquage de monocytes et de macrophages, et au recours de systèmes microfluidiques, mimant la microvascularisation, et de modèles inflammatoires.


ANR MISFIT

Supraconductivité et phases topologiques dans les dichalcogénures misfits
(Projet-ANR-21-CE30-0054)Misfit

Octobre 2021 - Décembre 2025

Partenaire IMN du projet : Laurent CARIO   (équipe PMN)

Coordinateur :
Institut des Nanosciences (INSP Paris)
Partenaires :
Laboratoire de Physique des Solides (LPS Orsay)
Institut de Physique (IPR Rennes)

Personnels IMN impliqués :
Benoit CORRAZE (MC UNIV), Etienne JANOD (DR CNRS)


La supraconductivité dans les dichalcogénures de métaux de transition tels que NbSe2 persiste jusqu'à une monocouche d’épaisseur. Ces supraconducteurs 2D présentent un fort couplage spin-orbite qui peut rendre la supraconductivité non conventionnelle avec un appariement triplet de spin. Cela pourrait conduire à un état supraconducteur topologique dans les monocouches ou les multicouches de dichalcogénures. Le but de notre projet est d’explorer la supraconductivité non-conventionnelle et les phases topologiques dans des hétérostructures basées sur l'empilement de couches de dichalcogénures de métaux de transition séparées par des couches isolantes magnétiques ou non magnétiques. Les matériaux synthétisés seront étudiés par transport, spectroscopie tunnel et photoémission résolue en angle. Nos études expérimentales seront complétées par des études théoriques de calcul de structure électronique et des calculs analytiques pour estimer quelles sont les phases supraconductrices possibles.

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