Topic description
Les maladies respiratoires chroniques comptent parmi les affections non transmissibles les plus répandues dans le monde, principalement en raison d'expositions environnementales, professionnelles et liées au mode de vie [James]. En, la Société Européenne de Pneumologie (ERS) a défini des priorités de recherche sur les biomarqueurs respiratoires [Horvath], recommandant le développement de technologies pour une reconnaissance sélective des gaz et des procédures standardisées de mesure en temps réel de la fonction pulmonaire. Actuellement, seuls quelques capteurs électrochimiques existent pour l'air expiré : ils sont sensibles mais peu sélectifs et ne détectent qu'un nombre limité de gaz. À l'hôpital, seul le monoxyde d'azote (NO) est utilisé comme biomarqueur diagnostique. Le CO₂, le CO et l'O₂ sont parfois mesurés à forte concentration dans des protocoles spécifiques, par exemple pour évaluer la diffusion alvéolaire. En dehors de la capnographie (CO₂), aucun dispositif n'offre de mesures en temps réel dans les différentes zones respiratoires.
Cette thèse vise à développer un capteur photoacoustique compact, ultrasensible et sélectif. La spectroscopie photoacoustique (PAS) détecte les gaz en mesurant leurs raies d'absorption. Un laser, réglé sur la longueur d'onde du gaz cible, provoque un échauffement local et des variations de pression détectées par un microphone, un cantilever, un diapason quartz ou des MEMS. La détection est indépendante de la longueur d'onde et du trajet optique, ce qui permet d'analyser de très petits volumes et d'obtenir une détection rapide. La structure proposée utilise une jauge de contrainte résonante dont la fréquence varie avec la déformation de la membrane excitée par l'onde acoustique.
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Chronic respiratory diseases are among the most common noncommunicable illnesses worldwide, largely due to harmful environmental, occupational, and lifestyle exposures [James]. In, the European Respiratory Society (ERS) defined research priorities in breath biomarkers [Horvath], recommending technologies for selective recognition of gases and standardized real-time procedures to assess pulmonary function. Currently, only a few electrochemical sensors exist for exhaled breath. They are sensitive but poorly selective, detecting only limited gases. In hospitals, nitric oxide (NO) is the sole breath biomarker used in pulmonary disease diagnosis. CO₂, CO, and O₂ are occasionally measured in high concentrations under specific protocols to evaluate mechanisms such as alveolar diffusion. Except for capnography (CO₂), no equipment provides real-time measurements across respiratory zones like trachea or alveoli.
This thesis aims to develop a compact, ultra-sensitive, and selective photoacoustic gas sensor. Photoacoustic spectroscopy (PAS) detects gases by measuring their absorption lines. A laser tuned to the target gas wavelength produces local heating and pressure variations, recorded by an acoustic detector (microphone, cantilever, quartz tuning fork, or MEMS). Detection is independent of optical wavelength and path length, enabling work on very small gas volumes and rapid detection. The proposed structure employs a resonant strain gauge, whose frequency shifts with membrane deformation under acoustic excitation.
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Début de la thèse : 01/10/
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ANR
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