Thèse Propulsion de Microrobots par des Microorganismes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : LADHYX - Laboratoire d'hydrodynamique Direction de la thèse : Gabriel AMSELEM ORCID 0000000345632899 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-01T23:59:59 La conception de systèmes actifs d'administration de médicaments est un défi pour la médecine de précision, avec pour objectif d'administrer localement des doses de médicaments à des organes cibles. Une méthode prometteuse consiste à utiliser des robots biohybrides, qui sont des microorganismes motiles, modifiés pour transporter un médicament. Les approches traditionnelles attachent directement des molécules ou des particules à la surface du microorganisme. Dans notre projet, nous développons une nouvelle approche : les microgouttes biohybrides, qui sont des gouttes motiles, propulsées par un microorganisme encapsulé dans la goutte. Les gouttes offrent plusieurs avantages : elles peuvent encapsuler en leur volume une quantité de molécules plus importante que dans les protocoles où les médicaments sont liés à la surface des microorganismes, elles protègent microorganismes et médicaments encapsulés de l'environnement extérieur, empêchent les réponses du système immunitaire, et peuvent être fonctionnalisées pour libérer leur charge de manière contrôlée. Nous encapsulerons la microalgue photosensible Chlamydomonas reinhardtii dans des
microgouttes, ce qui permet de diriger ces gouttes à l'aide de la lumière, comme le montrent nos expériences préliminaires. Le projet de thèse aborde des questions cruciales pour l'optimisation de la conception des gouttes biohybrides : comment la taille, la tension de surface et le contenu des gouttes affectent la propulsion, comment les gouttes biohybrides naviguent-elles dans des environnements complexes comme le système sanguin, avec obstacles et en présence d'écoulement, et est-il possible d'utiliser le mouvement collectif de microorganismes pour la propulsion. Le projet est principalement expérimental, avec analyse quantitative d'images et de données. Un aspect numérique peut être développé en collaboration avec d'autres chercheurs du LadHyX, selon le candidat. Le but est d'acquérir une solide compréhension de la physique sous-tendant la propulsion de ces gouttes biohybrides, et fournir des règles de conception pour ce nouveau type de microrobot. Droplets containing self-propelled particles can swim, which makes them both a model system for swimming biological microorganisms and templates for the design of new microrobots. One main question lies in the efficiency of the transfer of mechanical energy from the self-propelled particles to their confining environment. It is known that encapsulating a dense suspension of microswimmers in a sub-millimetric droplet leads to random motion of the droplet, due to the transient coherent flows generated by the densely packed microswimmers [1]. The only existing way to rectify this motion into a directional motion is break the symmetry from the outside, by placing the densely packed droplet in an anistropic liquid crystal [2,3]. Here, we propose to increase dramatically the efficiency of such a propulsion system by (i) breaking the symmetry from the inside, by controlling the swimming of the encapsulated microswimmers, (ii) encapsulating a sparse suspension of swimmers with a directional motion, and (iii) generating collective large-scale motion of the swimmers inside the droplets.

Volonté de poursuivre un projet expérimental incluant mécanique des fluides et organismes biologiques unicellulaires, avec analyse d'images et de données. Une collaboration avec des théoriciens au laboratoire peut être envisagée selon le candidat. Des connaissances en mécanique des fluides/matière molle expérimentale sont fortement souhaitables.