Nanobiotechnologie ?
- Utilisation de molécules et structures biologiques au sein de nanostructures
- Compréhension du monde vivant
- Elaboration de systèmes biomimétiques
Membrane biomimétique ?
Système qui mime les membranes biologiques.
- Études dynamiques des propriétés structurales et fonctionnelles de la membrane biologique
- Modèles d’études d’interactions membrane/biomolécules ou membrane/molécules bioactives
- Insertion / orientation des protéines
- Capacité de pénétration et de transfert de molécules
bioactives (médicaments) - Fonctionnement de protéines et d’enzymes membranaires dans un environnement biomimétique
- Développement de nanobiocapteurs
Biopile enzymatique
Piles à combustible dans lesquelles l’oxydation d’un combustible (glucose, fructose, méthanol) réducteur à l’anode et la réduction d’un oxydant à la cathode sont catalysées par des enzymes.
Microfluidique
- Traite du comportement, du contrôle précis et de la manipulation des fluides à une échelle typiquement inférieure au millimètre (de quelques microns à quelques centaines de micron).
- À cette échelle, la turbulence est négligeable
Les phénomènes qui dominent sont :
• La viscosité
• La tension de surface
Caractéristiques des systèmes microfluidiques par rapport aux systèmes à flux classiques
An microfluidique, le volume et la surface diminue, ce qui donne un rapport S/V fort
Conséquences de la forte valeur du rapport S/V pour des réactions dans des micro-canaux
• Homogénéité des conditions thermiques
• Interactions plus rapide des solutés avec des
réactifs immobilisés en surface de micro-canaux
• Consommation réduite de réactifs et d’échantillon
La miniaturisation permet d’obtenir des conditions de réaction beaucoup plus favorables que les systèmes classiques d’analyse.
Laboratoire sur puce
Dispositif miniaturisé rassemblant sur une petite surface (quelques cm2 ou moins) une ou plusieurs opérations unitaires de laboratoire mises en œuvre pour un diagnostic analytique.
Nanolithographie enzymatique : c’est quoi ?
- Technique dérivée de la “Dip-pen” Nanolithographie
- Élaboration contrôlée d’architectures biomoléculaires à l’échelle nanométrique grâce à l’action localisée de biocatalyseurs.
- Nouvelles perspectives pour le développement de biopuces, de laboratoires sur puces et de biocapteurs miniaturisés.
“Dip-pen” Nanolithographie
La pointe d’un microscope à force atomique (AFM) est utilisée pour déposer des molécules sur une surface selon des motifs controlés.
Nanolithographie enzymatique à l’aide de pointes d’AFM fonctionnalisées : quoi ?
2 exemples ?
- pointe d’AFM fonctionnalisé avec biotine
- puis fixation complexe streptavidine-enzyme sur la pointe via biotine
- déplace la pointe avec enzyme fixé et substrat pour dessiner des spots ou des lignes
Fonctionnalisation avec phosphatase alcaline pour déphosphoryler un substrat (BCIP) ce qui conduit à la formation d’un précipité violet en présence de NBT.
Fonctionnalisation avec peroxydase, puis immersion de la pointe dans mélange aniline/H2O2. Formation de polyaniline en déplaçant la pointe sur surface de mica.
Nanolithographie enzymatique de surfaces protéiques à l’aide d’un “nanostylo” à protéase
Gravure d’une surface protéique (BSA) par action localisée de la trypsine. Permet formation de puits de différentes dimensions ou bien microcanal par écoulement de trypsine.
- La pointe d’un AFM est remplacée par une nanopipette pouvant délivrer de très faibles volumes de solution de trypsine.
- La nanopipette est remplie de solution enzymatique par capillarité. La tension de surface à l’extrémité de la pipette prévient l’écoulement de la solution.
- Au contact de la surface protéique, la solution enzymatique s’écoule.
Supports nanostructurés et enzymes immobilisées
Luminescence obtenue avec les films de surface lisse et de surface rugueuse ?
Influence de la distance peroxydase - surface métallique sur la luminescence ?
Influence de la morphologie des rugosités sur l’amplification de la chimiluminescence par effet de surface ?
Bilan ?
- L’enzyme est immobilisée sous la forme d’un conjugué peroxydase-streptavidine
- soit par adsorption directement sur la surface
- soit par liaisons covalentes (à distance de la puce de
3,5nm)
- A partir du luminol, la peroxydase donne un composé final en libérant de la lumière
On utilise surface d’or lisse ou rugueuse.
- Quand surface rugueuse : chimiluminescence augmente dans les deux cas (adsorption et covalence)
- Avec surface lisse ou rugueuse : chimiluminescence peroxydase immobilisée par covalence est plus élevée
Pour les surfaces lisses, la chimiluminescence augmente de façon monotone avec la distance par rapport à la surface métallique.
Pour les surfaces rugueuses, les variations de d’intensité lumineuse en fonction de la distance par rapport à la surface sont plus complexes.
Les surfaces à rugosité régulière et contrôlée (matrice ordonnée de nanoparticules) offre une chimiluminescence plus élevée comparé à une surface rugueuse irrégulière.
La nanostructuration du film métallique joue un rôle primordial sur l’intensité de l’émission de lumière.
L’amplification de l’intensité lumineuse dépend de:
– la topologie de la surface métallique
– La nature du métal
– La distance de la peroxydase par rapport à la surface
Contrôle biochimique (enzymatique) d’interfaces bioélectroniques
- Les systèmes bioélectrocatalytiques artificiels (biocapteurs, biopiles) sont habituellement contrôlés par des signaux électriques, magnétiques ou lumineux.
- On peut envisager une régulation fonctionnelle sensible à l’environnement biochimique (ex : concentration en métabolites).
- Sous l’effet d’une variation de concentration en métabolites, certaines réactions enzymatiques pourraient être activées ou réprimées entraînant par exemple la modulation d’une réaction de transfert électronique.
- Une approche consiste à combiner des réactions enzymatiques appropriées avec un matériau sensible à un stimulus physico-chimique
- Parmi ces matériaux particuliers, certains polyélectrolytes ont la propriété, sous l’effet d’une variation de pH, de passer d’un état gonflé lorsqu’ils sont protonés à un état rétracté lorsqu’ils sont déprotonés
