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Univ. Paris-Saclay
Physique et chimie pour le vivant et l’environnement
 Physique et chimie pour le vivant et l’environnement

Structure double hélice de l'ADN (image CEA/IRAMIS).

Physico-chimie pour le vivant : Les grands principes de la Chimie et de la Physique s'appliquent naturellement au monde du vivant, même si sa complexité est redoutable. Ainsi, certaines méthodes développées par les physiciens et chimistes de l'IRAMIS dans le domaine des nanosciences peuvent être utilisées pour l'explorer. Les travaux portent à la fois sur le développement de biocapteurs où le savoir-faire en fonctionnalisation chimique est exploité, que sur l’exploitation de propriétés magnétiques pour explorer le vivant in vitro, in cellulo et enfin in vivo.

De plus, les méthodes spectroscopiques et en particulier la diffusion neutronique, avec sa sensibilité aux éléments légers, permettent d’aborder, d'un point de vue physique, l’étude des propriétés dynamiques des bio-molécules.

Physico-chimie pour l'environnement  : Si les nanotechnologies sont suspectées générer dans certains cas de nouvelles pollutions, elles peuvent aussi être mise à contribution pour de nouvelles méthodes de dépollution  et de régénération de l'environnement.

 
#809 - Màj : 10/10/2018
 

De nombreuses méthodes sont développées par les équipes de l'IRAMIS pour développer des capteurs chimiques sensibles, sélectifs  et efficaces. Pour ceci les nanotechnologies sont largement mises à contributions, avec l'utilisation de matériaux nanoporeux ou encore  d'objets fonctionnalisés.

+ microfluidique nano-objets  (effets plasmoniques, magnétiques, ...) , nanoporeux (fltrage sélectif) 


Several methods are developed by IRAMIS teams to develop sensitive, selective and efficient chemical sensors. For this, nanotechnologies are widely used, with the use of nanoporous materials or functionalized objects.

Surfaces et biologie (voir le LICSEN...)

Les nanotechnologies offrent de nombreuses méthodes innovantes pour le piégeage de nombreux éléments polluants, chimiques, biologiques ou encore des métaux lourds.  Des méthodes de dépollution à l'aide de filtres à base de matériaux nanoporeux ou de fibres de carbone fonctionnalisées sont ainsi développées au LICSEN.

Une de ces méthodes concerne la capture sélective et simultanée de différents métaux en milieux liquides, par de nouveaux matériaux adsorbants à base de fibres de carbone.  Ces recherches ont conduit à l'élaboration du procédé CYTER de recyclage et récupération des terres rares (LICSEN), aujourd'hui mis en oeuvre par la socité AJELIS.

La photocatalyse est une autre méthode de dépollution active. On vise ici à la minéralisation complète d’un polluant par des réactions d’oxydation ou de réduction à la suite de l’absorption de la lumière par un photocatalyseur. L'équipe du LEDNA s'intéresse ainsi au cas particulier de la dépollution de l’eau de ses  polluants chimiques et biologiques à l'aide de nanoparticules synthétisées au laboratoire. 


 

La chimie théorique utilise les méthodes de la chimie quantique et du calcul ab initio, pour modéliser les structures des molécules. A travers des potentiels d'interaction modéles tirés de ces simulations, la dynamique moléculaire classique permet de décrire leur comportement des assemblages chimiques.

Au NIMBE/LCMCE cette activité porte essentiellement sur des composés de lanthanides ou d'actinides. Sont concernés les domaines de l'imagerie médicale (en lien avec les expériences d'IRM) ou des sciences du nucléaire. L'objectif de ces études théoriques est la conception de nouveaux édifices moléculaires en milieu liquide.

Ces études sont accompégnées de développements méthodologiques, tel que la mise au point de champs de forces polarisables (collaboration avec le Laboratoire DCMR de l'Ecole Polytechnique).

Du fait de leur taille, les nanoparticules peuvent interagir avec les éléments du vivant, de la cellule à la molécule biologique. Ceci peut être mis à profit en médecine pour cibler des traitements, mais peut aussi présenter des effets indésirables, lors d'une forte exposition.

Les équipes de l'IRAMIS travaillent selonp ces deux voies, qui ont une importance sociétale majeure.  On peut citer plus particulièrement les études portant sur :

  • Ecotoxicité  et nanoparticules (équipes NIMBE/LIONS et /LEDNA)
  • Matériaux bio-inspirés
  • Nano-médicament

Trois " métiers " de l'IRAMIS trouvent une extension naturelle vers la biologie :

  •  L'ingénierie moléculaire, où les études d'interactions coopératives de molécules en solution trouvent une suite directe dans l'étude des protéines et des différents modes d'assemblage de molécules d'intérêt biologique,
  • L'étude de la matière à haute densité d'énergie, où les travaux sur la radiolyse et les interactions rayonnement-molécule, se transposent directement à des molécules comme l'ADN,
  • L'étude de la matière ultra divisée, domaine dans lequel les matériaux nanostructurés, la nanophysique et la biologie convergent naturellement.

L'utilisation de techniques et de savoir faire qui étaient traditionnellement du domaine du physicien ou du chimiste, pour l'étude d'objets biologiques se révèle fructueuse. Celà concerne en particulier les neutrons et les méthodes de RMN non conventionnelle spécifiquement développées pour l'étude des protéines. Les analyses ICP-MS (couplage torche à plasma - spectrométrie de masse) et par microsonde nucléaire pour l'étude d'échantillons biologiques (micro-organismes, cellules, tissus, plantes …) et les études environnementales en sont d'autres exemples.


Three "topics" of IRAMIS have found natural extensions towards biology:

  • Molecular engineering, where studies of cooperative interactions of molecules in solution are directly related to those on proteins as well as on the various modes of assembly of molecules of biological interest,
  • Matter with high energy density, like radiolysis and studies of radiation molecule interactions, which transpose directly to molecules like DNA,
  • Ultra-divided matter, where studies of nanostructured materials, nanophysics and biology converge naturally.

The use of techniques and know-how, traditionally in the domain of the physicist or chemist, for the study of biological objects proves to be fruitful. This applies in particular to neutron diffusion studies and unconventional NMR methods specifically developed for the study of proteins. ICP-MS (plasma torch-mass spectrometry) and nuclear microprobe analyzes for the study of biological samples (Micro-organisms, cells, tissues, plants ...) and environmental studies are further examples.

 

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