NIMBE

Nanosciences et Innovation
pour les Matériaux
la Biomédecine
et l'Énergie

La structure et la fonction des protéines peuvent être modulées par de nombreuses modifications structurales. La glycosylation est une des principales modifications post-traductionnelles, car on estime qu’environ 50% des protéines eucaryotes sont glycosylées, cette proportion pouvant atteindre 70% pour les protéines humaines. La glycosylation d’une protéine correspond à l’attachement d’un monosaccharide ou d’une chaîne oligosaccharidique à un ou plusieurs acides aminés constitutifs d’une protéine donnée. Il est désormais bien établi que la glycosylation des protéines est fortement modifiée lors de diverses pathologies comme le cancer ou la polyarthrite rhumatoïde. Ainsi, la nature et les proportions relatives des oligosaccharides liés aux protéines pourraient être utilisées comme paramètres déterminants pour diagnostiquer, pronostiquer voire suivre le développement de pathologies.



L’analyse glycomique consiste à établir le profil des oligosaccharides présents sur l’ensemble des glycoprotéines présentes dans un fluide biologique d’intérêt. Des techniques modernes et pointues sont indispensables pour l’analyse à haut débit et le traitement des données, mais la préparation des échantillons, tout aussi importante, se fait encore avec des méthodes souvent très chronophages. L’objectif de cette thèse est de montrer que l’utilisation de matériaux innovants appliqués à la préparation d’échantillons pour l’analyse glycomique constitue un moyen pertinent pour accélérer significativement le débit des analyses, et d’employer ces matériaux dans des études en lien avec le milieu hospitalier afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs de pathologies.



Le projet de recherche consistera en l'élaboration et la caractérisation de deux types de matériaux, l’un présentant une fonction catalytique, l’autre une fonction de filtration. Plusieurs aspects seront traités, allant de la synthèse des matériaux à la caractérisation de leurs propriétés texturales et physico-chimique. Les matériaux biohybrides nanoporeux seront synthétisés par le procédé Sol-Gel, selon différentes formulations et mises en forme. Les fonctions des matériaux mis au point seront évaluées dans un protocole d’analyse glycomique en vérifiant l’obtention de profils oligosaccharidiques de biofluides (e.g. plasma, liquide céphalorachidien). La caractérisation physique sera l’occasion de pratiquer des techniques variées, telles que la profilométrie, le MEB/MET, ou la caractérisation des paramètres de porosité par l’établissement d’isothermes d’adsorption de gaz. L’analyse des oligosaccharides sera réalisée par spectrométrie de masse à haute résolution (essentiellement MALDI-TOF).



Pour ce projet de thèse pluridisciplinaire, nous recherchons un(e) étudiant(e) chimiste ou physico-chimiste, intéressé(e) par la chimie des matériaux et motivé(e) par les applications de la recherche fondamentale dans le domaine des nouvelles technologies pour la santé. La thèse devra idéalement débuter en octobre 2018 et sera effectuée dans deux laboratoires, le laboratoire édifices nanométriques pour la partie matériaux et le laboratoire d’étude du métabolisme et du médicament pour l’utilisation des matériaux en analyse glycomique. L’activité de recherche sera menée dans le centre de recherche de Saclay (91).

La méthode de CVD (Chemical Vapour Deposition) à partir d’aérosols développée au CEA Saclay permet d’obtenir des tapis denses de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) notamment sur support d’aluminium. Les applications de ces matériaux nanostructurés sont prometteuses en particulier dans le domaine du stockage électrochimique de l’énergie en utilisant soit les nanotubes seuls (application ciblée puissance), soit en les associant à des polymères conducteurs électroniques (PCE, application ciblée énergie). En collaboration avec l’Université de Cergy-Pontoise (Laboratoire LPPI), nous chercherons à améliorer ces performances en travaillant sur les matériaux d’électrode. Des avancées significatives ont d’ores et déjà pu être acquises sur l’électrode positive et l’objectif est maintenant de travailler sur la négative et en particulier sur le dopage des différents éléments la constituant ou les post traitements. Nous chercherons ainsi dans un premier temps à développer la croissance contrôlée de NTC alignés contenant des hétéroatomes (N, B) sur des supports d’intérêt pour l’élaboration d’électrodes de supercondensateurs tout en contrôlant leurs caractéristiques (longueur, diamètre, densité). En parallèle nous associerons les NTC alignés avec des polymères conducteurs dopés n par dépôt électrochimique. Ces nouvelles électrodes nanostructurées seront étudiées et associées pour réaliser des supercondensateurs sous forme de pile bouton afin d’en déterminer leur performances Energie/Puissance.

La méthode de CVD (Chemical Vapour Deposition) à partir d’aérosols permet d’obtenir des tapis denses de nanotubes de carbone (NTC) alignés dont les applications sont diverses et prometteuses. L’objectif de la thèse est de développer la synthèse de NTC à basse température (= 650°C), et plus particulièrement sur substrats métalliques, en s’appuyant sur deux volets : (1) l’étude paramétrique en fonction de la nature de la source des précurseurs carbonés et catalytiques, et (2) l’étude des mécanismes de croissance par des analyses ex et in situ.

L’approche consistera à ajuster les paramètres de synthèse (température, atmosphère gazeuse réactive, nature des précurseurs carbonés ou du support…) dans le but de maitriser les caractéristiques des NTC formés (alignement, longueur…). A basse température, la décomposition des précurseurs catalytiques et de carbone couramment utilisés est moins efficace. Pour remédier à ce problème, la nature de la phase gazeuse doit être modifiée en termes de précurseur carboné et de gaz porteur. En effet, afin de limiter la diminution de la vitesse de croissance des nanotubes, il est nécessaire d'utiliser des précurseurs présentant une décomposition catalytique et thermique plus favorable autour de 600°C, comme l'acétylène ou l’éthylène, voire d’autres sources carbonées. De plus, nous chercherons à mener des études in situ visant à caractériser précisément les mécanismes de croissance des nanotubes de carbone. Une attention particulière sera portée sur le contrôle du diamètre et de la densité notamment par analyse en microscopie électronique (MEB et MET) et sur la qualité structurale des NTC par spectrométrie Raman et microscopie électronique haute résolution (METHR).