Amplification du potentiel de surface par la réorientation du moment dipolaire moléculaire induit à longue distance – AMPLI

AMPLI aborde les questions générales suivantes : Comment un signal faible peut-il être traduit en un signal mesurable ? Comment un événement isolé peut-il induire une cascade d'événements conduisant à un effet majeur ? La signalisation conformationnelle moléculaire est souvent le processus principal par lequel les cellules vivantes réagissent aux changements de leur environnement. Ainsi, de petites variations de conformation (~1 Å) induites par un stress externe au niveau d'un récepteur moléculaire peuvent être transmises à travers la membrane cellulaire et amplifiées. Un processus similaire, impliquant des entités cibles (molécules, ions) interagissant avec des sondes moléculaires à la surface d'un capteur, peut être envisagé comme un moyen d'amplifier le signal de transduction des événements de reconnaissance hôte-invité, la couche de sondes moléculaires à la surface du capteur jouant le rôle d'amplificateur. Une telle stratégie ouvre de nouvelles perspectives pour la détection de traces en repoussant la limite de détection.
Dans un projet précédent (ANR-16-JTIC-0003-01), nous avons développé un capteur à effet de champ organique (FET) pour la détection d'ions alcalins en solution, avec une couche sensible composée de sondes moléculaires greffées à une monocouche lipidique. La limite de détection obtenue dans la gamme de l'attomolaire ne peut être expliquée par des variations locales de la densité de charge associées aux événements de complexation ion-sonde ; nous émettons l'hypothèse qu'un phénomène d'amplification doit être impliqué.
L'objectif d'AMPLI est de combiner expérimentation et modélisation de dynamique moléculaire pour comprendre les effets conduisant aux variations inattendues du potentiel de surface macroscopique résultant de quelques événements de complexation ion-sonde à la surface d'une monocouche organique et de corréler ces variations à la réponse du capteur FET.
Notre hypothèse principale est que l'amplification du potentiel de surface pourrait résulter d'un scénario impliquant trois mécanismes consécutifs : 1) une interaction hôte-ion induisant un changement de conformation moléculaire de la molécule hôte, conduisant à une réorientation de son moment dipolaire moléculaire, 2) une propagation du changement de conformation au sein de la couche sensible par le biais d'interactions moléculaires dans un processus en cascade de type dominos, 3) une réorganisation de la distribution des charges dans la double couche électrique à l'interface couche active-solution à grande échelle, responsable d'une amplification des changements de potentiel de surface mesurés avec le capteur FET.
Comme il n'existe pas de moyen simple de montrer que la réponse amplifiée du FET est due à la propagation du changement de conformation des sondes, nous avons défini un plan pour atteindre cet objectif. Notre stratégie consiste à construire des surfaces bien contrôlées de sondes ioniques sélectionnées et à déterminer les conditions dans lesquelles un changement de conformation moléculaire, induit par la complexation des sondes avec des ions spécifiques, se propagerait dans la couche par le biais d'interactions moléculaires. Ces surfaces seront examinées par ATR-FTIR pour étudier le changement de conformation moléculaire et par KPFM pour mesurer le changement de potentiel de surface. Elles nous permettront d'établir la relation entre la propagation du changement de conformation et les variations du potentiel de surface. Ces surfaces seront ensuite implémentées dans le FET afin d'établir la relation entre la propagation du changement de conformation et les variations du potentiel de surface.