Thèse Biocapteurs à Base de Sic pour la Détection Électrique de Neurotransmetteurs et d'Hormones H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : EEATS - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal Laboratoire de recherche : Centre de Radiofréquences, Optique et Micro-nanoélectronique des Alpes Direction de la thèse : Edwige BANO Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 Ce projet de doctorat vise à développer des plateformes de biodétection à base de SiC et des procédés optimisés de fonctionnalisation de surface pour la détection en temps réel des neurotransmetteurs liés au « bien-être » et des hormones du stress, tout en améliorant la longévité des implants neuronaux.

Plateforme 1 - Transistors à effet de champ à jonction sensible aux ions (ISJFET) en 4H-SiC
Cette plateforme se concentre sur des méthodes innovantes d'immobilisation d'éléments de bioreconnaissance sans recourir au greffage covalent classique. Des films de liquide ionique seront utilisés comme nouvelle matrice d'immobilisation pour cibler la dopamine, la sérotonine, l'ocytocine et le cortisol.
Objectifs :
1. Assurer l'adhérence et la stabilité à long terme (2 à 12 mois) des films de liquide ionique sur les surfaces en SiC.
2. Maintenir les molécules réceptrices confinées dans le film sans libération incontrôlée.
3. Démontrer des interactions moléculaires réversibles entre les récepteurs et les biomarqueurs.
4. Établir des courbes d'étalonnage précises des capteurs sur toute la gamme des concentrations physiologiques (10-100 nM).
Ces travaux contribueront au développement de technologies de biodétection portables et peu coûteuses, un défi majeur pour les futurs systèmes de santé.

Plateforme 2 - Cellules de détection électriques à base de SiC
Cette plateforme s'attaque aux deux principaux mécanismes de dégradation rencontrés dans les implants neuronaux.
Stabilité abiotique :
Développement d'électrodes minces, souples et entièrement en SiC pour surmonter les problèmes de délamination et de corrosion.
Stabilité biotique :
Intégration de ces électrodes à l'intérieur de matrices de collagène poreuses microfabriquées (PCS) afin de minimiser l'inflammation et d'améliorer l'intégration tissulaire à long terme.
Objectifs :
1. Fabriquer des réseaux d'électrodes entièrement en SiC, rigides et flexibles.
2. Développer une méthode fiable pour intégrer des électrodes en SiC dans des matrices de collagène.
3. Évaluer la biocompatibilité, la cytotoxicité et la fiabilité mécanique à long terme.

Neural interfaces and advanced biosensing technologies represent a strategic research field at the intersection of neuroscience, biomedical engineering, and microelectronics-domains in which France has world-leading expertise. In modern neurotechnologies, biosensors are essential because they allow the quantitative monitoring of neural activity, enabling early diagnosis of neurological disorders, real-time evaluation of treatments, and adaptive therapeutic interventions.
A particularly promising direction concerns neurochemical interfaces, systems capable of detecting neurotransmitters or metabolic markers directly within the nervous system. Unlike conventional neural interfaces, which primarily measure electrical signals (EEG, MEA recordings), neurochemical sensors provide direct molecular insights into brain function. Their development is thus crucial for addressing major health challenges such as depression, chronic stress, neurodegenerative diseases, and endocrine disorders.
However, measuring neurotransmitters such as dopamine, serotonin, oxytocin, or cortisol in real time remains extremely difficult.
There is currently no portable device capable of measuring these biomarkers in everyday conditions, similar to a glucose meter for diabetic patients. Developing such technology would represent significant progress in personalized medicine, preventive healthcare, and neuropsychiatric monitoring.
Among the different technological approaches, field-effect transistors (FETs) stand out because of their high sensitivity, label-free detection, fast response time, and compatibility with microelectronic fabrication. Numerous studies have shown the potential of FETs for detecting dopamine, serotonin, oxytocin, and cortisol. Nevertheless, most devices rely on nanomaterials (CNTs, graphene), which, despite promising performance, pose challenges for large-scale manufacturing and long-term reliability.
Silicon carbide (SiC) is emerging as a superior alternative because it is chemically inert, biocompatible, corrosion-resistant, and fully compatible with established semiconductor processes. Recent works have shown excellent neural tissue compatibility for SiC electrodes and long-term stability for implanted SiC structures. Amorphous SiC is already used in biomedical devices such as stent coatings, confirming its safety and robustness.
Despite these advances, long-term implanted neural electrodes still face two major limitations:
1. Abiotic degradation (delamination, corrosion, failure of insulation layers)
2. Biotic reactions, especially the foreign body response (FBR)

The doctoral project seeks to develop SiC-based biosensing platforms and optimized surface functionalization processes for real-time detection of well-being neurotransmitters and stress hormones, while simultaneously improving the longevity of neural implants. The proposed PhD aims to address both limitations simultaneously, by developing:
- all-SiC microelectrodes resistant to delamination, and
- packaging strategies based on porous collagen scaffolds (PCS), a material known for inflammation reduction and mechanical compatibility with neural tissue.

Le.la candidat.e est diplômé d'un diplôme d'ingénieur ou d'un Master of Sciences. Un stage de recherche en salle blanche ou en test invivo serait un plus.
Un très bon niveau d'anglais, écrit et oral, est exigé afin de mener à bien le travail de bibliographie, de rédiger des articles scientifiqueset de présenter ses résultats à la communauté internationale, notamment dans le cadre de conférences scientifiques.