Research and Education in Active Coatings Technologies for human habitat – REACT

Cinq principes unificateurs régissent les efforts (cf. méthodes et approches intégrées des ACT1-3: vide infra) de recherche transdisciplinaire [(Bio)Chimie, (Nano)Physique, Nano-sciences/technologies] déployés dans le projet ANR/NSF-PIRE «REACT« pour la réalisation des objectifs associés aux programmes scientifiques de ses 3 sous-projets (ACT1-3): i) une synergie d’approches scientifiques et technologiques ii) la recherche de revêtements actifs innovants combinant efficience et robustesse, iii) le rôle unificateur de la théorie et de la simulation, iv) le recours à des méthodes de caractérisations avancées permettant l’accès à des corrélations structures/propriétés/performances multi-échelles et v) la transformation d’avancés scientifiques issues de la recherche fondamentale en technologies et applications innovantes en collaboration synergétique avec l'industrie.
ACT1: collecte plus efficace de l’eau via des «surfaces intelligentes« auto-assemblées et hiérarchisées et sa purification par des membranes ultraminces (nano composites à hautes fraction volumique en nanoparticules) à performances améliorées vis à vis de l’état de l’art.
ACT2: prévention des risques de transmission d’infections par la compréhension des processus d’adhésion et contrôle de la prolifération de bactéries via l’ingénierie de films minces auto-assemblés par la méthode couche par couche pour aboutir à des véritables contre-mesures biomécaniques et biochimiques contre les biofilms.
ACT3: i) collecte améliorée des photons incidents du spectre solaire couplée à leur conversion photovoltaïque plus efficace via des concentrateurs solaires luminescents additionnés en surface de cellules solaires de 3ème génération par fabrication additive et ii) stockage électrochimique plus efficace dans la prochaine génération de batterie de technologie post-lithium ion via de nouvelles familles d’électrolytes solides polymères.

REACT/Situation après 18 mois
ACT1: Des réseaux de nanofils ont été fonctionnalisés pour contrôler leur mouillabilité (surfaces super-hydrophile/hydrophobe). Une technologie innovante de microcapsules méchanochromiques, véritable microcapteurs optomécaniques intégrés à réponse optique permettant de détecter et mesurer des déformations induites dans revêtements actifs et membres ultra-minces a été produite.
ACT2: Mise au point et réalisation de tests expérimentaux visant à quantifier le chargement et la diffusion d’antibiotiques au sein de différent matériaux et de films polyélectrolytes auto-assemblés par voie LbL. Récemment breveté, un procédé haut-débit de dépôt et criblage de nanofilms en plaques multi-puits a été mis-à-profit pour la production et la caractérisation des films LbL, puis le chargement en biomolécules.
ACT3: l’auto-assemblage dirigé en des morphologies contrôlées de nanoparticules (points quantiques) décorées à leur surface par des ligands pro-mésogènes et la synthèse de nouvelles familles ligands fonctionnels pour le contrôle de l’auto-assemblage de nanobâtonnets ou de nanoplaquettes permettant d’activer des processus complexes d’ingénierie photonique (conversion ascendante ou descendante de photons) ont été réalisé. De premiers succès ont été rencontrés dans le confinement spatial de ces nanostructures fonctionnelles à l’échelle nanométrique dans des films minces de copolymères diblocs. De remarquables résultats ont été obtenus sur des copolymères à blocs conducteurs ioniques et à nanostructuration lamellaire contrôlée par le confinement à l’échelle nanométrique de fonctions ioniques. Des efforts transatlantiques concertés sont engagés par les équipes concernées du partenaire français et américain à travers l’ingénierie, la synthèse, la mise en œuvre et la caractérisation d’architectures macromoléculaire multi-blocs à conduction mono-ionique contrôlée, véritable version 2.0 des systèmes modèles étudiés durant les premiers 18 mois du projet.

REACT/Situation après 18 mois
Au-delà d’être initialement conçu comme une solution intégrée aux 3 problématiques majeures auxquelles font face les services gouvernementaux et ONGs amenés à être projetés sur des théâtres d’opération postérieurement à un évènement/une catastrophe climatique [1 : collecter et purifier de l’eau. 2) lutter contre la prolifération d’infections. 3) produire et stocker de l’énergie], les avancées scientifiques et technologies innovantes du projet ANR/NSF-PIRE «REACT« constituent plus généralement des réponses aux défis sociétaux du XXIème siècle (cf. défis sociétaux N°1-4 de la SNR/France Europe 2020. cache.media.enseignementsup-recherche.gouv.fr/file/Strategie_Recherche/26/9/strategie_nationale_recherche_397269.pdf) et ANR: www.agence-nationale-recherche.fr)
Les efforts synergiques et concertés des équipes françaises et américaines concernées dur projet de recherche collaboratif franco-américain REACT devraient se concrétiser en des avancées scientifiques et des innovations technologiques qui seront valorisées en publications scientifiques (journaux internationaux à comité de lecture), voire en des brevets (préalablement déposés avant publication) dès que nécessaire, et des communications dans des conférences (inter)nationales.
Le consortium transdisciplinaire [(Bio)Chimie, (Nano)Physique, Nano-sciences/technologies] assemblé pour le projet ANR/NSF-PIRE REACT constitue, en totalité ou en partie, une ressource mobilisable pour la préparation et la soumission de futurs projets collaboratifs locaux (Comue-UGA), nationaux (ANR, NSF, etc…) et internationaux (H2020 etc…)

REACT/Situation après 18 mois
Articles dans journaux internationaux à comité de lecture
*C.A.S. Burel et al., «Plasmonic-based mechanochromic microcapsules as strain sensors«, Small (2017). DOI: 10.1002/smll.201701925
*K.C. Elbert et al., «Design, self-assembly, and switchable wettability in hydrophobic, hydrophilic, and janus dendritic ligand-gold nanoparticle hybrid materials«, Chem. Mater. (2017). DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b02928.
*T.H.R. Niepa et al., «Microbial nanoculture as an artificial microniche«, Sci. Rep. 6, 30578 (2016). DOI: 10.1038/srep30578
*N. Manohar et al., «Solvent-driven infiltration of polymer (SIP) into nanoparticle packings« ACS Macro Lett. 6, 1104 (2017). DOI: 10.1021/acsmacrolett.7b00392
*J.L. Hor et al., «Nanoporous polymer-infiltrated nanoparticle films with uniform or graded porosity via undersaturated capillary rise infiltration«, ACS Nano 11, 3229 (2017). DOI: 10.1021/acsnano.7b00298
*E.C. Glor et al., «Out of-Plane orientation alignment and reorientation dynamics of gold nanorods in polymer nanocomposite films«, Soft Matter 13, 2207 (2017). DOI: 10.1039/C6SM02403C
*E.B. Trigg et al., «High morphological order in a nearly precise acid-containing polymer and ionomer«, ACS Macro Lett. 6, 947 (2017). DOI: 10.1021/acsmacrolett.7b00450
*E.B. Trigg et al., «Chain folding produces a multilayered morphology in a precise polymer: Simulations and experiments«, J. Am. Chem. Soc. 139, 3747 (2017). DOI: 10.1021/jacs.6b12817
Brevets déposés
*F. Dalonneau, J, Liu, C. Picart. Robotic method for coating a multiwell plate by a polyelectrolyte multilayer film. European Patent Application, Filed on December 16 2016.
*C.A.S. Burel, A. Alsayed, L. Malassis, B. Donnio, R. Dreyfus. Microcapsules having metal nanoparticles, methods for making microcapsules having metal nanoparticles, and uses thereof, Provisional US Patent Application No. 62/485535 filed on April 14, 2017.