| Centre
Paris-Saclay
| | | | | | | webmail : intra-extra| Accès VPN| Accès IST
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
 

Plusieurs laboratoires du NIMBE ont une activité de recherche en lien avec la biologie ou la santé :

  • Le LICSEN développe des technologies innovantes permettant d'obtenir des surfaces et nanostructures fonctionnalisées qui ont de multiples applications pour la biologie et les soins de santé : biocapteurs, implants, administration de médicaments, surfaces bactéricides...
  • Les techniques de RMN/IRM développées par le LSRDM sont à l'interface entre la physique, la chimie et la biologie. La spectroscopie et l'imagerie RMN permettent notamment l'étude de macromolécules biologiques et du metabolome d'échantillon biologiques (cellules, tissus et organismes) et le développement de technologies pour la médecine du futur.
  • Au sein du LIONS, les études de dispositifs microfluidiques trouvent de multiples applications pour les études en biologie.  
  • Le LEDNA avec le LIONS sont aussi très impliqués sur les études en nano-toxicologie.

Plusieurs thématiques de recherche du NIMBE concourent à mieux contrôler notre environnement (analyse, méthodes) et assurer la meilleure gestion possible de nos déchets :

La maitrise de nos ressources en éléments chimiques de haute valeur, la nécessité de ne plus rejeter de carbone fossile dans l'atmosphère imposent aujourd'hui une transition énergétique et économique majeure, où le recyclage de nos matières premières (terres rares, plastiques, CO2...) est devenue indispensable. Plusieurs laboratoires du NIMBE poursuivent des recherches fondamentales à même de proposer de nouvelles solutions technologiques à ce challenge actuel, selon plusieurs axes de recherches : traitement des effluents, recyclage de composants électroniques...

Un autre enjeu majeur pour l'environnement est de minimiser les sources de pollution, en particulier industrielles, en proposant des méthodes originales permettant de maitriser et d'assurer le meilleur recyclage possible de nos déchets.

  • Capteurs chimiques (LEDNA)

Le contrôle de la qualité de notre environnement est un sujet de santé publique majeur. La définition de normes environnementales nécessite de disposer des moyens de mesure et de contrôle, pour lesquels le NIMBE propose des solutions innovantes issues de nos recherches en nanoscience.

  • Analyse et caractérisation des matériaux naturels (notamment géologiques)  (LEEL)

Les méthodes d'analyse quantitative absolues permises par le microsonde nucléaire du LEDNA permettent la caractérisation des matériaux naturels :


 

Dans les systèmes biologiques, l'intérieur des cellules est un milieu très encombré, qui peut provenir de la présence de macromolécules inertes ou non vis-à-vis des réactions biologiques (encombrement macromoléculaire) ou de la séquestration physique par des éléments tels que des réseaux de fibres et de membranes (confinement). Par rapport au in vitro, l’encombrement in vivo peut considérablement affecter le comportement des protéines et des acides nucléiques (conformation, stabilité, cinétique de repliement...).

De nombreuses méthodes sont développées par les équipes du NIMBE (LEDNA, LICSEN, LIONS, LSDRM) pour développer des capteurs chimiques ou biochimiques sensibles, sélectifs et efficaces. Pour ceci les nanotechnologies sont souvent utilisées avec, par exemple, l'utilisation de matériaux nanoporeux ou de nanotubes permettant un filtrage sélectif, ou encore de nano-objets présentant des propriétés spécifiques (effets plasmoniques, magnétiques...) ou pouvant être fonctionnalisés.

Les techniques de microfluidique ouvrent également des méthodes efficaces pour réaliser des capteurs à même de réaliser l'analyse dynamique de très petites quantités de liquide.


Numerous methods are developed by NIMBE teams (LEDNA, LICSEN, LIONS, LSDRM) to develop sensitive, selective and efficient chemical or biochemical sensors. Nanotechnologies are often used for this, for example, using nanoporous materials or nanotubes for selective filtering, or nano-objects with specific properties (plasmonic, magnetic effects, etc.) or which can be functionalized.

Microfluidic techniques also offer effective methods for creating sensors capable of dynamic analysis of very small quantities of liquid.

.

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

Une thématique largement partagée par les équipes SBM et DICO du LIDYL porte sur l'étude de macromolécules biologiques, et en lien avec leur environnement, et plus particulièrement :

  • Les molécules biologiques, comme l'ADN, ainsi que certains polymères bioinspirés sont des molécules flexibles existant sous plusieurs conformations. Leur étude en phase gazeuse, en absence d'environnement, permet notamment d'identifier les conformations les plus stables et de caractériser les interactions qui les stabilisent (laisons hydrogène).
  • 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,
  • les travaux sur la radiolyse et les interactions rayonnement-molécule, se transposent directement à des molécules aussi complexe que l'ADN

L'utilisation de techniques et de savoir faire du physicien ou du chimiste, se révèle fructueuse pour l'étude d'objets biologiques. Les méthodes d'études par photoionisation ou fluorescence dans une large gamme de longueur d'onde (de l'infra-rouge à l'UV lointain) et l'analyse par spectroscopie résolue en temps (excitation par impulsions laser ultra-courte) ou spectrométrie de masse, sont largement utilisées pour l'étude de molécules biologiques modèles.

 


←  Paires d’ions : objets omniprésents dans la nature, depuis l’eau de mer, les aérosols, jusqu’aux organismes vivants. (Eric Gloaguen, LIDYL)

 

Retour en haut