Projet ANR-07-BLAN-0336 – BioPump : From BioInspired Micromachines to Biofueled Autonomous Micropumps
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CNRS - DELEGATION AQUITAINE LIMOUSIN (CNRS - DELEGATION AQUITAINE LIMOUSIN)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Institut polytechnique de Bordeaux
Montant : 260000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : L'utilisation de sous-unités catalytiques pour la réalisation top-down de micro ou -  nano-moteurs est un domaine très récent. Quelques groupes seulement ont réalisé des -  telles machines convertissant l'énergie chimique environnante en mouvement contrôlé. -  Celle proposée par Mano et al. (partenaire 2) est unique. Elle est la seule à fonctionner -  dans des conditions physiologiques, ce qui constitue un intérêt majeur en vue -  d'applications en bio engineering. L'idée simple sur laquelle repose ce projet est que le -  mouvement de ces micro-machines auto-propulsées est de bien des façons similaire à -  celui d'un fluide pompé par des surfaces actives immobiles. Dans les deux cas le -  mouvement est induit par un gradient de champ électrique, de charges, de concentration -  de solutés ou de température. Ce type de phénomène a été largement étudié dans des -  canaux microfluidiques où les liquides sont déplacés par des forces extérieures (gradient -  de pression, gradient de potentiel électrique) ou par des pompes intégrées. Le cadre de la -  microfluidique est approprié à l'étude du fonctionnement des biomachines. -  Il existe probablement autant de mécanismes pour expliquer le fonctionnement des -  micro-machines que de micro-machines elles-mêmes. Dans ce projet nous utiliserons tout -  d'abord la microfluidique pour étudier de façon fondamentale le système d'enzymes -  couplées qui sert de moteur à la biomachine proposée par le partenaire 2. Nous -  commencerons par quantifier précisément le champ de vitesse généré par des -  biomachines immobilisées (PIV, pinces optiques). Ensuite en utilisant des techniques -  d'imagerie optique novatrices, nous cartographierons le flux de protons associé aux -  réactions enzymatiques qui induisent probablement le mouvement. La technique de -  synthèse des biomachines initialement proposée par le partenaire 2 fait intervenir un grand -  nombre de paramètre : la taille et la forme de la machine mais également son -  environnement ne sont pas toujours bien contrôlés. Afin d'obtenir un autre point de vue sur -  la physicochimie de ces systèmes autonomes et afin de pouvoir déterminer précisément -  les exposants et les lois qui gouvernent leur mouvement, nous proposons d'étudier le -  mouvement du fluide induit par deux électrodes recouvertes des mêmes enzymes que les -  biomachines. En déterminant les paramètres clés qui régissent les écoulements autour de -  ce type de système placé dans une chambre microfluidique, nous espérons élucider le -  mécanisme des biomachines autopropulsées. -  Bien que ces biomachines soient millimétriques, il n'y a a priori aucune raison pour que -  leur principe ne puisse pas être appliqué à l'échelle micrométrique, voir nanométrique. La -  seule contrainte est de pouvoir déposer de façon controlée les enzymes à l'endroit désiré. -  Nous mettrons beaucoup d'efforts pour parvenir à patterner ces enzymes de l'échelle -  millimétrique à l'échelle micrométrique afin de pouvoir décorer avec les deux types -  d'enzymes nécessaires, des micro-électrodes. Pour cela nous allons devoir tester et mettre -  au point de nouvelles techniques de patterning basées sur des méthodes de -  micro-fabrication. L'utilisation d'hydrogels photoréticulables semble très prometteuse. Le -  second objectif de ce projet pourra alors être réalisé : en suivant la même approche que -  pour la réalisation de micro-pompes électrocinétiques intégrées (Studer et al. / -  coordinateur) , nous réaliserons des micro-pompes autonomes actionnées par enzymes : -  le fluide pompé, une solution de glucose, étant alors la seule source d'énergie. -  En conclusion, nous proposons dans ce projet un approche relativement complète allant -  d'études fondamentales vers des applications en microfluidique, champ de recherche -  émergeant à l'interface entre la physique, la chimie et la biologie. Les quatre partenaires -  ont une grande expérience dans leurs domaines respectifs ainsi qu'en recherche -  pluridisc