Offres de Thèses, Stages et Post-docs

MASTER INTERNSHIP – 2023

Title : Microwave measurements in living tissues –
models for determining blood glucose concentration

Keywords:
RF characterization, biomedical devices

Labs :
– Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique Laboratoire d’Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LaHC, GINP-CNRS-UGA-USMB)
Minatec – Grenoble, 3, parvis Louis Néel, BP 257
38 016 GRENOBLE Cedex 1

Supervisors :
XAVIER Pascal,  04.56.52.95.69
VUONG Tan-Phu, 04.56.52.95.65
LAVASTRE Olivier, 04 79 75 94 27
LACREVAZ Thierry, 04 79 75 87 46
LIVA Valentino, EURAMNET, LLC (Los Altos, CA – Etats Unis),

Candidate profile:
5 years of higher education or a Master’s degree in electronics, if possible with a focus on biomedical engineering or biophysics.

1. Scientific background
For many years, in the field of bio-electromagnetism, there has been an interest in conducting microwave studies (typically from 1 to 10 GHz) on samples of biological fluids and determining their characteristics at radio frequencies in order to better understand the behaviour of living media in response to RF waves and to deduce possible applications in human and animal health.

In particular, by extension, many studies concern interfaces such as skin-fat-biological fluids to determine the propagation, absorption, reflection and dissipation of energy in the media defined above as a function of the dosages or percentages of the components in the fluids (by « fluids » we mean the concentrations of water, glucose, lipids, etc. that circulate in the veins and arteries of living beings).

2. Objectives
The precise objective of the internship is to develop a simple prototype of a tool to test the glucose level in human or animal blood using commercial WiFi equipment. The general objective is to bring help to diabetic people and animals without carrying out an injection, that can also apply for controls
before the establishment of the disease.

At the beginning, after a thorough bibliography, the chosen model will have to be simple in order to eliminate the components that do not present or modify appreciably the results or measurements. The idea is to optimize the measurements by fitting the antenna on external tissue such as finger models or
a flat surface on an arm model or other surface model that presents little barrier to the blood vessel model. One possible model is to establish « skin-fat-fluid-bone » relationships with measurements on constructs that are as close to living as possible. This will be based on a glucose solution placed on
different filters which will simulate tissues (lipids, water, proteins, …).

For the antennas, our intention is to use 2-dimensional antennas, either single or double, to best target fluid access and measurement optimization. Indeed, a differential measurement will probably be more efficient, sensitive and discriminating than a single measurement in the absolute, so it will be
necessary to provide two antennas (one for the finger or the tube, the other in the air or on the reference liquid sample). The measurement frequencies considered are 2.4GHz, 5 to 6 GHz and 6 to 7.125GHz with RF components that exist in the market.

The tool can be calibrated with a common measurement method such as strip.

Finally, the objective is to conclude if the microwave blood glucose measurement methods will be viable or usable for routine measurements by any user or patient.

3. References
C. G. Juan et al., « Capteur de glucose biocompatible en technologie microruban inversée basé sur le facteur de qualité à vide Qu »,
XXIIèmes Journées Nationales Micro-ondes, Limoges, France, 2022

M. Srour, « Etude et réalisation de capteurs hyperfréquences : application à la détermination de la concentration en glucose » Thèse de doctorat en Electronique sous la direction de Cédric Quendo soutenue le 12-12-2017 à Brest

B. Potelon, et al., « Electromagnetic signature of glucose in aqueous solutions and human blood », Proc. MEMSWAVE Conf., La Rochelle, France, 2014.

• Mots clés : Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
• Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
• Code CEA : IMEPLAHC-DHREAMS-11-09-2022
• Contact : pascal.xavier1@grenoble-inp.fr

MASTER INTERNSHIP- 2023

Effect of the different designs of a temperature sensor on the recovery of critical metals by a bioleaching process

Keywords:
Sustainable electronics, electronic design, recycling, microbiological process

– Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (IMEP-LaHC, GINP-CNRS-UGA-USMB)
Minatec – Grenoble, 3, parvis Louis Néel, BP 257, 38 016 GRENOBLE Cedex 1
– Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE, CNRS-IRD-UGA-GINP)
70 rue de la Physique, Bâtiment OSUG B , BP 53, 38 041 GRENOBLE Cedex 09

Supervisors:
XAVIER Pascal et GRENNERAT Vincent,  04.56.52.95.69
MARTINS Jean et SPADINI Lorenzo, 04.76.63.56.04

Profil du candidat :
Bac+5 en ingénierie biomédicale ou biophysique.

1. Scientific background
In 2021, the ECB classified climate change as a systemic risk and the recent IPCC report emphasized the indisputable role of human activities in global change. We need to cut our consumption of fossil fuels by more than a factor of three if we are to reverse the radiative forcing, which will also reduce the consumption of all resources. Some of these resources, called « critical materials », such as certain metals and rare earths, are likely to be unavailable on the planet in the short term. The challenge for engineers is therefore to design systems offering the same services but with environmental impacts divided by at least three. At the same time, we must not seek to accumulate more services to avoid the rebound effect.

According to a recent report by Global Waste Electrical and Electronic (WEEE) Watch, we generated 53.6 million tons of WEEE in 2019. Its volume is growing at 5% per year, and the explosion of smart connected objects isn’t going to help bring those numbers down. So we literally have gold in our hands thanks to WEEE. It is important to ensure that the critical materials they contain stay in the loop as long as possible. This circular economy would be economical and,
of course, environmentally friendly.

2. General objective of the internship and research questions addressed
This project aims at developing a new concept that correlates the design and the recovery of critical materials at the end of the product’s life. This prospective work is part of the general issue of sustainable electronics put forward by Grenoble INP and Europe. It will serve as a starting point for a project at the European level and aims to initiate an interdisciplinary work between electronic engineers and microbiologists to determine which design choices of electronic circuits allow to optimize the recycling rate of critical materials in a recovery process by microbial digestion, while avoiding a degradation of the performances of the said circuits.

3. Work schedule
The electronic device chosen for the experimental tests will be a simple temperature sensor manufactured on the IMEP-LaHC technology platform using different types of substrates (epoxy, glass), housings and components. The integrated part on glass is a part of a water pollution biosensor being studied at IMEP-LaHC in the framework of a PhD thesis.
Three different versions of this sensor will be fabricated with different design choices in terms of materials and geometry, knowing that one of the important factors for a good metal recovery by the process is the effective surface of the metal tracks.

For this, a process under static conditions was developed in a previous internship at the IGE (batches). Several types of bacteria are used. They are first cultivated under controlled conditions and then used at variable concentrations and under different conditions to evaluate the extractability of the elements of interest contained in the electronic circuit studied. The contents of metal ions recovered in the leachates of the batches as well as their chemical speciation are
systematically quantified by ICP-OES or calculated by geochemical modeling to evaluate the efficiency of the bioleaching process.

Metal recovery will be tested without grinding the circuit. The « factor of merit », performance x recovery rate of critical materials, will be calculated for each case and a first Life Cycle Assessment (LCA) approach will also be made with a tool provided by ADEME, in order to provide reliable and robust comparison elements. IMEP-LaHC will bring its expertise in circuit design and testing. IGE will bring its knowledge and know-how in the control of microbiological and physico-chemical parameters of bacterial suspensions and bioreactors and the physico-chemical analysis of leachates.

The first three months of the internship will be dedicated to the design and fabrication of the sensors, the next three months to the bioleaching tests.

4. References
– Desaunay A. and Martins J.M.F. Biosorption of Zinc by metabolically active and inactive cells of two contrasted Gram-negative bacteria: a subcellular distribution approach. Submitted to Intern. J. Environ. Res. Pub. Health. Special Issue « Microbial Biotechnology Products for a Sustainable Bioeconomy ».
-Desaunay A. and J.M.F. Martins. A physical cell-fractionation approach to assess the surface adsorption and internalization of cadmium by Cupriavidus metallidurans CH34. J. Haz. Mat. 273: 231-238. 2014.
– Arda Isildar. Biological versus chemical leaching of electronic waste for copper and gold recovery. Environmental Engineering. Université Paris-Est; Università degli studi (Cassino, Italie), 2016. English.NNT: 2016PESC1125. tel-01738056- Jadhav, U. and Hocheng, H. Hydrometallurgical Recovery of Metals from Large Printed Circuit Board Pieces. Sci. Rep.5, 14574; doi: 10.1038/srep14574 (2015).
– https://hal.univ-lorraine.fr/hal-02431903/document
– https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3715747/
– Abhilash et al. Microbial Processing of Waste Shredded PCBs for Copper Extraction Cum Separation—Comparing
the Efficacy of Bacterial and Fungal Leaching Kinetics and Yields. Metals 2021, 11, 317.
https://doi.org/10.3390/Met11020317
– HUBAU, Agathe, MINIER, Michel, CHAGNES, Alexandre, et al. Recovery of metals in a double-stage continuous
bioreactor for acidic bioleaching of printed circuit boards (PCBs). Separation and Purification Technology, 2020,vol.238, p. 116481. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116481

• Mots clés : Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
• Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
• Code CEA : IMEPLAHC-DHREAMS-09-11-2022
• Contact : pascal.xavier@univ-grenoble-alpes.fr

Sujet de stage de Master 2
Conception de structures pour l’identification et l’authentification dans le domaine Térahertz

Sujet :
La spectroscopie THz (1 THz = 10¹² Hz), née dans les années 80, permet de sonder, grâce à l’utilisation de lasers femtosecondes (1 fs = 10-¹5s), les propriétés électromagnétiques des matériaux entre 100 GHz et 3 500GHz typiquement. L’IMEP-LAHC fort de plus de 20 années d’expérience est aujourd’hui le laboratoire français leader du domaine et a acquis une reconnaissance internationale.
Ce sujet de stage est proposé dans le cadre de deux contrats de recherche financés par la région AURA (projets AUTHANTIC et PLATERA). Ces projets ont pour objectifs de proposer des solutions pour l’identification et l’authentification dans le domaine THz. Le stage de master 2 portera sur la conception de structures de tag THID (TeraHertz Identification) basées sur des structures périodiques 1D de type réseaux de diffraction (cf.Fig. 1), qui auront été préalablement simulées.

Le projet consiste à :

1. Simuler des structures périodiques 1D de type réseaux de diffraction afin d’identifier des motifs et dimensions d’intérêt. Pour cela, des outils numériques développés au laboratoire (Méthode Modale de Fourier ou Méthode Différentielle) seront disponibles et utilisés au cours du stage.
2. Fabriquer par impression 3D en interne (imprimante 3D à fil et par polymérisation UV) et par sous-traitance les structures identifiées.
3. Caractériser les structures fabriquées en utilisant les spectromètres THz du laboratoire. Pour cela, on utilise une technologie de type « spectroscopie THz dans le domaine temporel » et « CW » (continuous waves) qui permettent pour les premiers, d’obtenir la signature d’un dispositif dans une gamme de fréquences très large, typiquement entre 0.1 et 5-6 THz via une seule mesure et pour les seconds d’effectuer des mesures avec une résolution spectrale bien supérieure, de l’ordre de 0.1 GHz.
4. Analyser les signatures simulées et mesurées pour pouvoir proposer des motifs de structures « optimisés ».

Ce sujet présente une forte composante expérimentale ainsi qu’une composante théorique liée à la modélisation et à l’identification de structures d’intérêt.

Responsables :
F. GARET, IMEP-LAHC, tél. 04 79 75 86 78 (frederic.garet@univ-smb.fr)
M. BERNIER, IMEP-LAHC, tél. 04 79 75 87 48 (maxime.bernier@univ-smb.fr)

Lieu du stage :
IMEP-LAHC (Sites de Chambéry et de Grenoble / Minatec)

Indemnité de stage :
Environ 550 €/mois pendant la durée du stage (5 mois)

Domaine de compétence principal des étudiants :
Optique, Optoélectronique, électromagnétisme

• Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc, LMGP
• Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc / LMGP
• Code CEA : IMEPLAHC-PHOTO-27-11-2022
• Contact : maxime.bernier@univ-smb.fr
• Merci de votre intérêt, mais cette offre de Stages est déjà pourvue.

Mesure du bruit basse fréquence sous illumination pour la caractérisation
des défauts dans les cellules photovoltaïques

Les cellules photovoltaiques font partie des sources d’énergie les moins carbonées et constituent donc une piste de recherche fondamentale pour la transition énergétique. Augmenter les performances de ces cellules tout en augmentant leur durée de fonctionnement constitue un des enjeux principaux de ce domaine. Au coeur de ce double défi se trouve la problématique des défauts dans les cellules solaires. En effet, la présence de défauts dans le volume ou aux interfaces de la jonction, encourageant les processus de recombinaison des porteurs photo-générés, diminue fortement les durées de vie de ces derniers, et de facto les rendements des cellules photovoltaïques.
D’autre part , la formation progressive de ces défauts au cours du fonctionnement de la cellule  entraine un disfonctionnement du dispositif. Il est donc nécessaire de limiter la présence de défauts et leur formation. Or, avant de les limiter, il est nécessaire de pouvoir les mesurer pour les identifier et les quantifier.

Dans ce contexte, des recherches sont développées à l’IMEP-LAHC sur l’utilisation du bruit basse fréquence, méthode employée depuis plusieurs décennies dans le transistor MOSFET pour extraire le taux des défauts aux interfaces.
L’objectif de ces recherches  est  donc d’appliquer cette méthode aux cellules photovoltaïques. Une première thèse actuellement en cours a déjà démontré que cette méthode était applicable à ces composants, et qu’elle était la source d’informations  sur la nature des
mécanismes de transport électronique non accessibles par les méthodes conventionnelles.
L’objectif de ce stage est d’aller plus loin dans l’utilisation du bruit basse fréquence en exploitant la génération optique dans le composant lors de la mesure. Des résultats expérimentaux publiés récemment semblent indiquer qu’il est possible de stimuler optiquement et sélectivement certains défauts à certaines énergies, et de mesurer des réponses en bruit basse fréquence reflétant
des signatures différentes en fonction de la bande de longueurs utilisée .
Bien que prometteurs, ces résultats publiés sont très partiels et nécessitent une exploration plus détaillée du potentiel de cette méthode électro-optique.
Le travail demandé dans ce stage est donc principalement de nature expérimentale, focalisé sur la mesure de bruit basse fréquence, et instrumentale, car il sera nécessaire de modifier le banc de mesures actuel pour lui adjoindre des sources de lumière. Des manipulations en salle blanche pour fabriquer des échantillons sont envisageables en fonction des compétences et des intérêts de la
candidate ou du candidat.

Contacts :
Chloé Wulles : chloe.wulles@grenoble-inp.fr
Quentin Rafhay : quentin.rafhay@grenoble-inp.fr
Christoforos Theodorou : christoforos.theodorou@grenoble-inp.fr
Anne Kaminski : anne.kaminski@grenoble-inp.fr

Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique- LAboratoire d’Hyperfréquences et de Caractérisation
Unité Mixte de Recherche 5130 CNRS, Grenoble INP, UGA, USMB

• Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
• Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
• Code CEA : IMEPLAHC-CMNE-17-10-2022
• Contact : quentin.rafhay@grenoble-inp.fr
• Merci de votre intérêt, mais cette offre de Stages est déjà pourvue.

SUJET STAGE M1 :
Développement de circuits microfluidiques pour différentes applications :
capteur optique de viabilité bactérienne et biocapteurs basés sur la détection électrique

Le domaine de la microfluidique sert pour de nombreuses applications mettant en jeu l’écoulement de fluide d’intérêt divers dans des canaux microfluidiques. Cela concerne la santé avec par exemple l’injection de médicaments par voie liquide, le diagnostic moléculaire in vitro mis en jeu dans les biocapteurs. L’environnement est également concerné avec le contrôle de la qualité des eaux. Le besoin se fait aussi de plus en plus ressentir dans l’agro-alimentaire où la détection de toxines ou bactéries dans des préparations liquides est crucial.
Plus particulièrement dans les biocapteurs, des canaux microfluidiques réalisés par exemple dans du PDMS permettent de faire cheminer des solutions liquides de très faibles volumes d’analyte à détecter vers les parties sensibles du biocapteur. Cela peut être suivi par une séquence de rinçage permettant de faire intervenir un autre analyte. Ainsi des évènements de reconnaissance successifs peuvent être obtenus en temps réel. Cette voie constitue une alternative bien plus prometteuse que la mesure en statique, plus communément utilisée, et où l’analyte à analyser est simplement mis en contact avec la partie sensible du biocapteur. Cela s’explique par le fait que la microfluidique constitue un vrai challenge technologique en termes de réalisation reproductible des différentes étapes de moulage du PDMS, d’adhérence du PDMS sur le biocapteur, sans compter la partie relative à la maitrise de l’écoulement des fluides dans des canaux dont les différents rapports de forme peuvent influer sur le résultat final.

Le laboratoire IMEP-LaHC collabore depuis trois années avec des spécialistes de biochimie pour développer un capteur intégré multiphysique de détection de pollutions dans des eaux de rivière ou des réseaux de collectivités. L’objectif est d’utiliser des bactéries comme indicateurs de ces pollutions. Les propriétés de permittivité et de conduction diffèrent entre les bactéries mortes ou vivantes. L’idée consiste donc à mesurer par impédancemétrie et interférométrie optique la viabilité d’une population bactérienne mise en contact de polluants. L’utilisation de canaux microfluidique en PDMS est une solution très intéressante pour ce genre de capteur car le PDMS est poreux à l’oxygène ce qui permet d’assurer une oxygénation correcte des bactéries.
Le capteur co-intègre des fonctions électrique et photonique sur un substrat de verre et de ce fait, l’adhérence de canaux microfluidiques sur ce type de substrat sera également étudié lors du stage. Le design du capteur est également conçu de sorte à être durable et facilement nettoyable.
Un objectif clé de ce stage sera donc également d’étudier des méthodes de nettoyage efficace des canaux microfluidiques. Sur ce point, des échanges avec les partenaires biochimistes permettront de tester des méthodes de nettoyage et de stérilisation compatibles avec les procédés employés en microbiologie.

Concernant l’application biocapteur, un dispositif d’arrivée de fluides différents, en provenance de l’entreprise Elverflow vers un dispositif microfluidique en PDMS est en cours de montage pour des biocpateurs de type NWFET (NanoWire Field Effect Transistors) en vue de la détection électrique d’espèces chargées (solution pH, solution d’ADN divers) (cf Figure).

L’objectif sera de finaliser le montage, d’effectuer les calibration et les premières mesures avec les doctorants. Celles devraient démontrer l’apport de la microfluidique sur les NWFETs et permettront d’optimiser les caractéristiques puis les performances de ces dispositifs fonctionnant en voie liquide en termes de sensibilité, limite de détection, réversibilité, sélectivité, stabilité et temps d’acquisition. Cela permettra de mettre en avant les difficultés rencontrées et de les résoudre en modifiant, par exemple, la géométrie de certains éléments de la cellule microfluidique.

Le stage se déroulera dans le cadre de la création de l’axe transverse Capteurs de l’IMEP-LaHC avec la mise en place d’une plate-forme dédiée à la microfluidique.

Durée du stage : 3 mois (salaire d’environ 550 Euros/mois)
Contacts :
Elise Ghibaudo (IMEP-LaHC – Grenoble)
Edwige Bano (IMEP–LaHC – Grenoble)
Valérie Stambouli (LMGP – Grenoble)

• Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
• Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
• Code CEA : IMEPLAHC-PHOTO-18-01-2022
• Contact : edwige.bano@phelma.grenoble-inp.fr
• Merci de votre intérêt, mais cette offre de Stages est déjà pourvue.