Conception d'un nanopore unique pour mimer un canal biologique et pour la détection de bio-macromolécules

Un nanopore artificiel est une ouverture de taille nanometrique faite dans un film mince synthetique (polymere ou inorganique). Un nanopore unique peut etre considere comme l’element simple constitutif d’une membrane. Les recentes avancees dans ce domaine ont ouvert des opportunites pour developper des outils pour la detection de molecules cibles a faible concentration (fmol L-1), en temps reel. Les nanopores artificiels s’inspirent des canaux biologiques situes dans la membrane cellulaire. Ces derniers permettent le transport d’ions ou de molecules entre les milieux intra- et extra-cellulaires, grâce a leurs fortes selectivites ou leurs proprietes d’ouverture/fermeture. Compare a leurs homologues biologiques, les limitations des nanopores solides sont leurs manques de selectivite et de reponse aux stimuli exterieurs. Toutefois, les nanopores solides ont l’avantage d’etre beaucoup plus resistant, robuste et facile a manipuler que les pores biologiques. Ainsi la fonctionnalisation de leur surface, avec des systemes plus ou moins complexes, permettrait d’ameliorer a la fois leurs proprietes de transport selectif, leurs capacites de detection de biomolecules ou encore d’etudier plus precisement les mecanismes fondamentaux du transport des macromolecules en milieu confine.Dans cette these, nous avons concu dans un premier temps des nanopores bi-fonctionnels, repondant au pH, et a l’attache d’un ligand. Pour fabriquer ces nanopores bi-fonctionnels, nous avons utilise un systeme biotine-avidine fixe dans des nanopores polymeres. Nous avons demontre qu’il est possible de moduler l’ouverture et la fermeture du nanopore avec le pH de facon reversible. De plus, il est possible de detecter des proteines biotinylees et des anticorps par l’analyse des rectifications de courant. Le principal defaut de cette strategie est son irreversibilite. En utilisant une strategie similaire combinee avec des polyelectrolytes, nous avons obtenu des fonctionnalisations reversibles. Ils permettent de moduler la selectivite ionique du pore et les proprietes de conduction en fonction du pH et de ligand. Dans un second temps, nous nous sommes interesses aux questions fondamentales de la translocation de polynucleotide, plus precisement de l’analyse de l’influence de l’etat de surface du nanopore (hydrophobicite, charge), dans les conditions ou la distance de Debye devient equivalente au diametre du nanopore. Nous avons demontre que si le nanopore presente la meme charge que la PolyAdenosine et la PolyCytosine, la vitesse de passage de la molecule augmente et la barriere globale d’energie d’entree du nanopore diminue par rapport au nanopore non-charge hydrophobe. Ensuite, en modifiant la surface d’un nanopore en PET, nous avons montre qu’il est possible de detecter des brins simples et doubles d’ADN tres courts (10 a 40 bases). Enfin, nous avons tente une fonctionnalisation de nanopores pour eviter l’adsorption non specifique des proteines afin d’etudier la translocation de longs fibrilles d’amyloides de lysozyme. Cet objectif n’a pas ete completement atteint compte tenu des resultats qui ne permettent pas d’affirmer quand au passage des molecules a travers le pore.Dans cette these nous nous sommes attaches a montrer l’interet et la necessite de fonctionnaliser les pores, aussi bien pour obtenir des nanopores biomimetiques stimuli-repondants (pH et ligand) ou anti-bioadherants que pour des etudes fondamentales de transport. Il est egalement facile de transposer cette technique a des membranes multipores. Il est donc possible de concevoir des membranes optimisees pour des applications de separation ionique, de capture de molecules cibles ou plus generalement de filtration.