– BioPump

L'utilisation de sous-unités catalytiques pour la réalisation top-down de micro ou - nano-moteurs est un domaine très récent. Quelques groupes seulement ont réalisé des - telles machines convertissant l'énergie chimique environnante en mouvement contrôlé. - Celle proposée par Mano et al. (partenaire 2) est unique. Elle est la seule à fonctionner - dans des conditions physiologiques, ce qui constitue un intérêt majeur en vue - d'applications en bio engineering. L'idée simple sur laquelle repose ce projet est que le - mouvement de ces micro-machines auto-propulsées est de bien des façons similaire à - celui d'un fluide pompé par des surfaces actives immobiles. Dans les deux cas le - mouvement est induit par un gradient de champ électrique, de charges, de concentration - de solutés ou de température. Ce type de phénomène a été largement étudié dans des - canaux microfluidiques où les liquides sont déplacés par des forces extérieures (gradient - de pression, gradient de potentiel électrique) ou par des pompes intégrées. Le cadre de la - microfluidique est approprié à l'étude du fonctionnement des biomachines. - Il existe probablement autant de mécanismes pour expliquer le fonctionnement des - micro-machines que de micro-machines elles-mêmes. Dans ce projet nous utiliserons tout - d'abord la microfluidique pour étudier de façon fondamentale le système d'enzymes - couplées qui sert de moteur à la biomachine proposée par le partenaire 2. Nous - commencerons par quantifier précisément le champ de vitesse généré par des - biomachines immobilisées (PIV, pinces optiques). Ensuite en utilisant des techniques - d'imagerie optique novatrices, nous cartographierons le flux de protons associé aux - réactions enzymatiques qui induisent probablement le mouvement. La technique de - synthèse des biomachines initialement proposée par le partenaire 2 fait intervenir un grand - nombre de paramètre : la taille et la forme de la machine mais également son - environnement ne sont pas toujours bien contrôlés. Afin d'obtenir un autre point de vue sur - la physicochimie de ces systèmes autonomes et afin de pouvoir déterminer précisément - les exposants et les lois qui gouvernent leur mouvement, nous proposons d'étudier le - mouvement du fluide induit par deux électrodes recouvertes des mêmes enzymes que les - biomachines. En déterminant les paramètres clés qui régissent les écoulements autour de - ce type de système placé dans une chambre microfluidique, nous espérons élucider le - mécanisme des biomachines autopropulsées. - Bien que ces biomachines soient millimétriques, il n'y a a priori aucune raison pour que - leur principe ne puisse pas être appliqué à l'échelle micrométrique, voir nanométrique. La - seule contrainte est de pouvoir déposer de façon controlée les enzymes à l'endroit désiré. - Nous mettrons beaucoup d'efforts pour parvenir à patterner ces enzymes de l'échelle - millimétrique à l'échelle micrométrique afin de pouvoir décorer avec les deux types - d'enzymes nécessaires, des micro-électrodes. Pour cela nous allons devoir tester et mettre - au point de nouvelles techniques de patterning basées sur des méthodes de - micro-fabrication. L'utilisation d'hydrogels photoréticulables semble très prometteuse. Le - second objectif de ce projet pourra alors être réalisé : en suivant la même approche que - pour la réalisation de micro-pompes électrocinétiques intégrées (Studer et al. / - coordinateur) , nous réaliserons des micro-pompes autonomes actionnées par enzymes : - le fluide pompé, une solution de glucose, étant alors la seule source d'énergie. - En conclusion, nous proposons dans ce projet un approche relativement complète allant - d'études fondamentales vers des applications en microfluidique, champ de recherche - émergeant à l'interface entre la physique, la chimie et la biologie. Les quatre partenaires - ont une grande expérience dans leurs domaines respectifs ainsi qu'en recherche - pluridisciplinaire. Nous pensons obtenir très rapidement des résultats significatifs et du - meilleur ...