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Design d'une cellule d'électrophorèse préparative pour la séparation performante de biomolécules par simulation de leurs trajectoires (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 1 novembre 2021

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Informations générales

Référence : UMR7274-FRALAP-001
Lieu de travail : NANCY
Date de publication : lundi 11 octobre 2021
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 13 mois
Date d'embauche prévue : 1 décembre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La durée du contrat est de 13 mois avec un salaire mensuel brut d'environ 2 675 euros (ce qui correspond une expérience de moins de deux ans après l'obtention du doctorat).
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : Indifférent

Missions

Problématique:
L'électrophorèse constitue l'une des principales techniques de séparation analytique des molécules biologiques. L'appareillage consiste d'une cellule microfluidique alimentée en continu par un mélange fluide à purifier. Sous l'effet d'un champ électrique orthogonal, les molécules chargées (e.g., protéines) sont déviées à une distance proportionnelle à leur rapport charge électrique sur masse. Les différents composants du mélange sont ainsi séparés et collectés en sortie de la cellule.
Cependant, le champ électrique intense à appliquer conduit à une importante production volumique de chaleur par effet Joule. Afin de réduire la formation de points chauds (pouvant dénaturer les biomolécules), d'une part, un système de refroidissement efficace est nécessaire, et d'autre part, l'épaisseur de la veine microfluidique doit être limitée à quelques centaines de microns seulement. Cette dernière contrainte restreint la capacité opérationnelle de la cellule en termes de débit, empêchant ainsi le déploiement de l'électrophorèse à l'échelle industrielle.
Le présent travail de recherche, co-financé par BPI France (dans le cadre du projet IT'SME), vise à améliorer la conception des cellules d'électrophorèse en vue d'augmenter leur productivité pour se rapprocher des conditions de travail industrielles. Le package de CFD ANSYS-Fluent sera utilisé pour simuler finement l'hydrodynamique et les différents phénomènes de transfert (thermique, de matière et électrique) régissant la qualité de la séparation. Les résultats numériques seront confrontés aux mesures expérimentales acquises par les partenaires du projet pour validation. Une fois la fiabilité du modèle CFD établie, il sera utilisé pour explorer de nouvelles géométries afin d'identifier des designs permettant de maximiser les capacités de traitement tout en garantissant une qualité de séparation optimale.

Missions:
• • Etablir les bilans de matière, thermique, électrique et de quantité de mouvement du fluide porteur afin de remonter aux champs de vitesses et de température dans une cellule pilote d'électrophorèse capillaire.
• Etablir le bilan des forces appliquées aux biomolécules soumises à un gradient de potentiel, moyennant les hypothèses afférentes, adaptées aux contraintes du procédé de séparation bio-électrochimique ;
• Simuler numériquement les trajectoires des molécules chargées à travers la cellule électrophorétique pour différentes conditions opératoires (intensité du champ électrique, valeurs de pH, propriétés tampons et physicochimiques du fluide porteur ainsi que son débit) et remonter à la qualité de la séparation. Les résultats numériques seront validés par comparaison aux mesures expérimentales effectuées par les collègues du projet IT'SME.
• Rechercher le design optimal d'une cellule d'électrophorèse de capacité semi-industrielle, adaptée à des flux de séparation élevés et permettant une séparation efficace de différentes biomolécules présentant un fort enjeu économique et sociétal telles que l'ARN ou des principes actifs de vaccins.

Activités

• • Simulation numérique de type CFD (à l'aide du package Ansys Fluent) du fonctionnement de la cellule électrophorétique existante à partir des modèles physiques/physicochimiques établis ;
• Adaptation du modèle aux contraintes de la cellule semi-industrielle à concevoir et procéder aux simulations ;
• Avec les équipes partenaires chargées des essais expérimentaux (dans une cellule existante) et de la préparation des milieux à séparer, validation et calibration des modèles, d'abord sur des milieux types, puis sur des milieux plus complexes de fort enjeu ;
• Rédaction de rapports techniques et scientifiques à destination des partenaires du projet ainsi que de l'organisme financeur ;
• Présentation orale des objectifs, résultats obtenus et des solutions de repli ou de progression à considérer.

Compétences

Nous recherchons un candidat motivé ayant un doctorat en génie des procédés et/ou mécanique des fluides et/ou thermique-énergétique et/ou physique. Il devra présenter un goût pour la simulation numérique. Compétences attendues :
• Expertise en mécaniques de fluides, thermique, et plus généralement en physique et en simulation numérique ;
• Connaissances de base en physicochimie et en biochimie appréciées ;
• Capacités rédactionnelles en français et/ou en anglais, ainsi que des compétences à présenter ses travaux à différents auditoires ;
• Bon relationnel et capacités d'intégration tant dans le groupe d'accueil qu'avec les autres partenaires académiques, hospitaliers et industriels du projet.

Contexte de travail

• • Ce travail de post-doc fait partie du projet de recherche IT'SME, soutenu par BPI France, et coordonné par Edith Lecomte-Norrant, inventeuse de la cellule actuelle d'électrophorèse et PdG de la société IPSOMEL à Marseille ;
• L'essentiel du travail sera réalisé au laboratoire LRGP (CNRS – Université de Lorraine) à Nancy sous la direction de MM. Rainier Hreiz et François Lapicque.
• Des échanges fréquents par visioconférence seront organisés avec les partenaires (MITNOV, IPSOMEL, INSERM) du projet. Des déplacements à Marseille sont également prévus.

Contraintes et risques

Néant

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