Projet ANR-06-BLAN-0382 – T-wave : Modulation thermique résonante en système réactif   Applications en chimie et en biologie
Programme : Programme blanc (BLANC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : ECOLE NORMALE SUPERIEURE (ECOLE NORMALE SUPERIEURE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; École normale supérieure de Paris
Montant : 190000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : Nous proposons une approche pour atteindre in vivo la distribution spatiale de réactifs ou de systèmes dynamiques qui pourraient sous-tendre d'importants comportements biologiques. Par analogie avec la résonance magnétique nucléaire ou la femtochimie, notre approche repose sur des excitations non invasives appropriées, ici thermiques, destinées à réaliser l'adressage spécifique et la mesure de la concentration d'un réactif donné (petite molécule, protéine,...). Plus précisément, cette molécule est engagée dans un comportement dynamique impliquant une collection importante de paramètres cinétiques sur lesquels se base la sélectivité de l'adressage. La collecte de l'information ne nécessitera aucune séparation destructive ; elle sera intrinsèquement dynamique et compatible avec une analyse de répartition spatiale. Ce projet se propose de valider les concepts détaillés ci-dessus. Indépendamment, il propose plusieurs applications fécondes dans différents domaines. Trois volets seront abordés : théorie, développement instrumental, synthèse/physico-chimie : - Le développement théorique portera sur la définition d'excitations thermiques destinées à l'adressage et à la quantification d'un réactif spécifique dans un mélange. Nous considérerons plusieurs réseaux classiques de réactions chimiques et évaluerons différentes stratégies d'excitation afin d'optimiser simultanément la sélectivité d'adressage et l'amplitude de la réponse du réactif choisi. Ce travail pourrait aussi être utile pour améliorer les méthodes de détection à l'échelle de la molécule unique et pour analyser des réseaux biologiques. La théorie sera enfin abondamment mise en œuvre lors de la conception du dispositif de mesure et lors de l'extraction de l'information recherchée à partir des observables. - Nous construirons un dispositif miniature transparent permettant de moduler sur une large gamme de fréquences (0,1-1000 000 Hz) la température dans une chambre d'observation. Cet instrument devrait se révéler particulièrement attractif en cinétique chimique ou biologique. Sa transparence le rendra utilisable en imagerie. Ce nouveau dispositif cumulera les avantages des dispositifs classiques de saut de température avec ceux des microsystèmes. Il pourra aussi trouver d'autres applications technologiques qui reposent sur la convection thermique ou sur la thermophorèse. Les aspects instrumentaux du projet concernent le développement d'une méthode appropriée de chauffage, l'accès au profil tridimensionnel de la composante modulée de la température, et l'observation/analyse de la réponse du contenu de la cellule de mesure. - La validation du dispositif de mesure et d'observation nécessite de disposer de systèmes réactifs de référence appropriés, c'est-à-dire i) dont les mécanismes sont connus et dont les constantes cinétiques correspondent à une large gamme de relaxations temporelles ; ii) qui possèdent des propriétés facilitant leur observation. Il n'existe actuellement pas de banques moléculaires de ce type ; leurs synthèses et caractérisations seraient pourtant souhaitables, entre autres à l'aune du développement de nombreux microsystèmes destinés à l'étude de cinétiques en chimie et en biologie. Au-delà de leur intérêt pour la poursuite de ce projet, les réactions chimiques considérées (réactions acido-basiques, appariement d'oligonucléotides complémentaires) sont essentielles en biologie et le développement planifié de sondes fluorescentes pourrait se révéler utile pour étudier in vivo concentration et comportement du proton ou d'acides nucléiques.