Développement d’un capteur de gaz à base de circuits photoniques biofonctionnalisés pour l’analyse de composés organiques volatils à très faibles concentrations pour des applications en environnement et santé

Publié le : 14 mars 2021

L’identification et la quantification de composés organiques volatils (COV) dans l’air est un enjeu crucial dans de nombreux domaines. L’analyse de l’air extérieur permet par exemple de suivre et maitriser la pollution liée à l’industrie ou au trafic autoroutier. De même, l’analyse de l’air exhalé permet le diagnostic de certaines pathologies. Il faut pour cela pouvoir mesurer des dizaines, voire centaines de COV différents à très basse concentration (ppb) dans des matrices de gaz complexes. Le CEA Grenoble a récemment développé des capteurs utilisant des circuits photoniques intégrés sur silicium fonctionnalisés chimiquement par des biomolécules capables de capter spécifiquement certains COV, à l’image de l’olfaction humaine. Ils sont actuellement utilisés pour la mesure d’odeurs dans l’air. Ces capteurs photoniques biomimétiques offrent un fort potentiel en terme de miniaturisation, d’amélioration de la sensibilité, de multiplexage pour la mesure de mélanges complexes, et sont fabricables à bas coût par des procédés issus de la microélectronique. Ils permettent notamment d’envisager des analyses de gaz in situ et en temps réel. La thèse se positionne à la frontière des nez électroniques et des systèmes analytiques et aura pour objectif la conception et l’instrumentation d’un dispositif expérimental permettant d’améliorer la limite de détection et l’identification. La thèse sera hautement pluridisciplinaire et comprendra de la conception et caractérisation de circuits photoniques intégrés sur wafers et puces, de la conception et de la caractérisation de circuits microfluidiques, de la chimie et de la biofonctionnalisation de surface, ainsi que de l’analyse de données (classification, modélisation, apprentissage, etc…). On se proposera d’explorer certaines applications en fin de thèse, notamment sur l’analyse d’air exhalé et la détection de polluants atmosphériques.

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