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Chimie bioinorganique et gels de protéine : assemblage de protéines dirigé par les ions métalliques.

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

24-03-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

RENAULT Jean-Philippe
+33 1 69 08 15 50

Résumé/Summary

La précipitation des protéines par les ions métalliques est connue depuis 100 ans. L’objectif de ce stage est d’utiliser ce processus pour fabriquer des structures 3D à base de protéine à des fins biomédicales ou de robotique souple.

Sujet détaillé/Full description

La précipitation des protéines par les ions métalliques est connue depuis plus d’un siècle. Elle est induite par la complexation de ces ions par des acides aminés de surface. L’objectif de ce stage est d’utiliser ce processus pour fabriquer des structures 3D à base de protéine à des fins biomédicales ou de robotique souple. Il s’agira en particulier d’introduire de façon contrôlée et localisée des ions d’intérêts (métaux de transition principalement), par voie électrochimique, par voie photochimique ou par millifluidique. Il s’agira également de modifier des protéines par voie chimique de façon à y introduire des sites de complexation alternatifs.

Mots clés/Keywords

biochimie, chimie de coordination
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Étude par diffusion des rayons X de la conformation de la chromatine lors de la réplication de l'ADN
X-ray scattering dynamic study of chromatin conformation during DNA replication

Spécialité

Biophysique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

17-03-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GOBEAUX Frederic
+33 1 69 08 24 74

Résumé/Summary

Nous proposons d’étudier les modifications de l’organisation tridimensionnelle de la chromatine au cours du cycle cellulaire. Pour ce faire nous combinerons diffusion des rayons X aux petits angles sur des populations de cellules de levure synchronisées et cytométrie de flux.
We propose to study the structural modifications of the tridimensional organization of chromatin during cell cycle. For this purpose we will combine small angle x-ray scattering on synchronized yeast cells populations and flow cytometry.

Sujet détaillé/Full description

L’organisation tridimensionnelle du génome et sa dynamique dans des cellules vivantes sont déterminantes pour ses fonctions. Il est crucial de les comprendre et d’identifier les paramètres qui la contrôlent. L’état de l’art actuel permet d’appréhender l’organisation à courte portée (<10 nm) et à longue portée (>250 nm) de la chromatine dans le noyau. Cependant, il existe une zone intermédiaire (10-250nm) où l’organisation spatiale de la chromatine est mal identifiée. Cette zone correspond précisément à la taille des complexes protéiques qui modifient la chromatine pour permettre la duplication du génome.

Nous proposons dans ce stage d’étudier les relations entre la structure de la chromatine à des échelles entre 1 et 100 nm et la dynamique de réplication de l’ADN. Pour cela, nous utiliserons la diffusion des rayons X aux petits angles pour déterminer la conformation de la chromatine, et la cytométrie en flux pour suivre la duplication du génome. La diffusion sera réalisée directement sur des ensembles de cellules synchronisées dans leur évolution. En utilisant des concepts issus de la physique des polymères nous quantifierons les relations entre la dynamique de la réplication et la structure de la chromatine.

Nous utiliserons comme système modèle la levure de boulanger, Saccharomyces cerevisiae. Comme pour toute cellule eucaryote, le cycle cellulaire de la levure comprend trois phases avant sa division : 1) la préparation de l’ADN à la duplication (phase G1), 2) la duplication de l’ADN (phase S) et 3) le contrôle de l’ADN dupliqué et la préparation à la division cellulaire (phase G2). Les cellules de S. cerevisiae de type a seront synchronisées à la fin de leur phase G1 grâce à une phéromone sexuelle appelée facteur alpha. En enlevant ce dernier de la solution par lavages successifs, la population de cellules synchronisées à la fin de la phase G1 est relâchée dans la phase S où de manière concomitante nous effectuerons des mesures de diffusion des rayons X aux petits angles et des prélèvements d’échantillons pour analyse par cytométrie de flux.

Le stage sera réalisé entre le Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (Frédéric Gobeaux, Patrick Guenoun) et le Laboratoire Transcription et Génomique (Arach Goldar).
The tridimensional organization of the genome and its dynamics in live cells are decisive to perform its functions. It is crucial to understand them and to identify the parameters controlling them. Current state of the art allows describing the short range (<10 nm) and long range (>250 nm) organization of chromatin conformation in the nucleus. However, there is an intermediate range (10-250 nm) where chromatin organization is difficult to apprehend. This range corresponds to the size of proteic complexes that modify chromatin and harness genome replication.

With this internship, we thus propose to study the relationship between chromatin structure between 1 and 100 nm and the DNA replication dynamics. For this purpose, small angle x-ray scattering (SAXS) will be used to monitor chromatin conformation changes correlated with flux cytometry to follow genome replication. Scattering will be directly obtained from populations of synchronized cells. Concepts from polymer physics will be used to quantify the links between replication dynamics and chromatin structure.

Our model system will be yeast cells, Saccharomyces cerevisiae. Like for any eukaryotic cells, yeast cellular cycle exhibit three phases before division: 1) DNA duplication preparation (G1 phase) 2) DNA duplication (S phase) and 3) Duplicated DNA control and preparation to division (G2 phase). Type A S. cerevisiae cells will be synchronized at the end of their G1 phase using a sexual pheromone called alpha factor. By removing alpha factor through successive washings, the population of cells synchronized at the end of the G1 phase will be released in the S phase. At the same time, SAXS patterns will be collected while samples will be garnered to perform fluorescence activated cell sorting (FACS).

The intership will take place between the Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (Frédéric Gobeaux, Patrick Guenoun) and the Laboratoire Transcription et Génomique (Arach Goldar).

Compétences/Skills

Culture cellulaire, Diffusions des rayons aux petits angles, Cytométrie en flux, Analyse du signal Physique statistique Physique des polymères
Cell culture Small angle x-ray scattering Flow cytometry Signal analysis Statistical physics Polymer physics
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Étude expérimentale des interactions de nanomédicaments avec un milieu biologique modèle.
Experimental study of nanodrugs interactions with a model biological medium

Spécialité

Chimie-physique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

15-03-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GOBEAUX Frederic
+33 1 69 08 24 74

Résumé/Summary

Ce projet vise à comprendre comment les nanomédicaments interagissent avec le milieu vivant et plus particulièrement avec les protéines. Dans le cadre du stage, l’objectif sera de suivre l’évolution de la structure de nanomédicaments et des interactions spécifiques avec les constituants d’un milieu biologique modèle.
This project aims at understanding how nanodrugs interact with the biological media and more specifically with proteins. During the intership, the objective will be to monitor the structure of a different nanodrugs and characterize their interaction with the components of a model biological medium.

Sujet détaillé/Full description

Les nanoparticules offrent des perspectives intéressantes pour augmenter l’efficacité thérapeutique et limiter les effets secondaires de principe actifs. Dans la majorité des études, le principe actif est dispersé, solubilisé ou adsorbé dans une matrice inactive aux dimensions nanométriques. Ces dernières années, les équipes de P. Couvreur ont démontré l’intérêt de lier le principe actif à un lipide pour former directement le nano-objet, permettant d’augmenter considérablement le taux de charge en principe actif (> 50%), de limiter l’ajout d’additif et de contrôler la cinétique de distribution.
Pour ces nouveaux « nanomédicaments », il est important de comprendre comment les nanoparticules évoluent dans un milieu biologique (variation de taille, interaction avec les différents constituants du milieu). Nous proposons dans le cadre du projet « nanoprotection » soutenu par le Labex NanoSaclay, une étude physico-chimique sur les interactions entre des nanoparticules à base de dérivés squalénés et du sérum bovin ou certains de ses constituants. Des études récentes suggèrent que les nanoparticules sont en fait rapidement dissociées et que les molécules les constituant sont prises en charge par divers transporteurs (lipoprotéines, albumine). L’objectif est de caractériser d’une part les distributions en volume et les structures des nanoparticules dans le milieu biologique par des techniques de diffusion aux petits angles (lumière, X, neutrons) et d’autre part les interactions spécifiques entre les molécules et les constituants du milieu biologique par des techniques de spectroscopies. L’étude sera également étendue à d’autres types de nanomédicaments.

Mots clés/Keywords

Formulation, nanomatériaux, polymères
Formulation, nanomaterials, polymers

Compétences/Skills

Dichroïsme circulaire, Fluorescence, Calorimétrie, diffusion de rayons X/ neutrons/lumière aux petits angles, ..
Circular dichroism, Fluorescence spectroscopy, Calorimetry, Dynamic Light Scattering, X-ray and Neutron Scattering
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Fabrication de surfaces omniphobes
Fabrication of omniphobic surfaces

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

14-03-2019

Durée

7 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Patrick GUENOUN
0169087433

Résumé/Summary

Par adsorption ou greffages de molécules adaptées, nous fabriquerons des surfaces omniphobes, c'est à dire capables de laisser glisser des gouttes d'eau ou d'huile sous l'action d'un stimulus faible.
By adsorption or grafting of adapted molecules, omniphobic surfaces will be made, i.e. surfaces where either water or oil drops are able to slide easily under the action of a weak stimulus.

Sujet détaillé/Full description

Pour beaucoup d’applications (dégivrage, anti-adhésion, nettoyage) on recherche des surfaces capables d’éliminer facilement des gouttes qui s’y condensent. La méthode usuelle pour l’eau est de créer des revêtements de surface hydrophobes pour conférer aux gouttes d’eau un angle de contact élevé et une force d’hystérésis faible : les gouttes s’évacuent alors facilement sous l’influence de la gravité par exemple. Par contre, ces revêtements sont en général peu efficaces pour les gouttes d’huile et sont souvent fragiles à moyen terme. De plus ils peuvent être constitués d’espèces chimiques qui seront bientôt règlementées ou interdites ou bien, dans le cas de revêtements nanostructurés, sensibles à la pression qui les rend inefficaces (transition d’empalement).
Dans ce stage, qui pourra être suivi d’une thèse CIFRE financée par une entreprise avec laquelle nous collaborons, nous proposons d’explorer deux nouvelles stratégies développées récemment dans notre laboratoire et dans la littérature. La première consiste à adsorber ou greffer des molécules biocompatibles et biodégradables sur les surfaces d’intérêt pour créer un revêtement hydrophobe mais aussi suffisamment lipophobe. Nous comparerons différentes méthodes d’adsorption et de greffage pour optimiser les propriétés.
La seconde stratégie consiste à créer un revêtement de type liquide : comme les surfaces nanostructurées s’inspirent du lotus, cette stratégie s’inspire des plantes carnivores [1]. Une première méthode a consisté tout d’abord à infuser un liquide dans une couche poreuse[2] mais la stabilité du liquide peut poser problème. Plus récemment des polymères greffés ou adsorbés de type poly(dimethylsiloxane) sur des surfaces de verre ont montré des propriétés liquides qui permettent à des gouttes d’huile condensées sur elles de glisser très facilement [3,4]. Pourtant il n’a pas encore été montré de propriétés analogues convaincantes pour des gouttes d’eau où l’hystérésis reste encore assez grand.
Le stage, suivi du projet doctoral, consistera à optimiser des surfaces réellement omniphobes par les deux méthodes. Pour ce faire nous explorerons différents types de polymères et différentes méthodes de greffage en contrôlant tout particulièrement la nature chimique des groupes de surface et l’énergie de surface associée. On s’intéressera tout particulièrement aux recuits thermiques des couches ainsi qu’à leur vieillissement dans le temps en étudiant aussi les variations de pH ambiant.

[1] Bohn H.F., Federle W., 14138–14143 PNAS September 28, 2004 vol. 101 no. 39
[2] Wong, T. S.; Kang, S. H.; Tang, S. K.; Smythe, E. J.; Hatton, B.
D.; Grinthal, A.; Aizenberg, J. Bioinspired Self-Repairing Slippery
Surfaces with Pressure-Stable Omniphobicity. Nature 2011, 477, 443−
447.
[3] W ang, L.; McCarthy, T. J. Covalently Attached Liquids: Instant
Omniphobic Surfaces with Unprecedented Repellency. Angew. C hem.,
Int. Ed. 2016, 55, 244−248.
[4] Liu, P.; Zhang, H.; He, W .; Li, H.; Jiang, J.; Liu, M.; Sun, H.; He,
M.; Cui, J.; Jiang, L.; Yao, X. Development of “Liquid-Like”
Copolymer Nanocoatings for Reactive Oil-Repellent Surfac e. ACS
Nano 2017, 11 (2), 2248−2256.
For many applications (defrosting, anti-adhesion, cleaning) one aims at surfaces where consensed droplets can be easily removed. The usual method for water is to create hydrophobic surface coatings to create water droplets with a high contact angle and a low hysteresis force: the drops are then easily evacuated under the influence of gravity for example. However, these coatings are generally not very effective for oil drops and are often fragile in the long term. In addition, the coatings may consist of chemical species that will be soon regulated or banned or, in the case of nanostructured coatings, are too sensitive to the pressure that makes them ineffective (impalment transition).
In this training project, possibly followed by a PhD funded by an industrial partner, we propose to explore a new strategy recently developed in our laboratory and in the literature and which consists in creating a liquid-like coating : as nanostructured surfaces mimick lotus leaves, this strategy is inspired from pitcher plants [1]. A first method consists to infusing a liquid in a porous layer [2] but the stability of the liquid can be problematic. More recently, polymers of poly (dimethylsiloxane) kind, grafted or adsorbed on glass surfaces have shown such liquid-like behaviors such as condensed oil drops could slide very easily [3,4]. Yet convincing similar properties for drops of water have not been shown yet since the remnant hysteresis is still quite large.
We therefore propose a training and doctoral project that will consist of optimizing truly omniphobic surfaces. To do this, we will explore different types of polymers and different methods of grafting by controlling especially the chemical nature of surface groups and the associated surface energy. Particular attention will be paid to the thermal annealing of the layers as well as to their aging over time.

[1] Bohn H.F., Federle W., 14138–14143 PNAS September 28, 2004 vol. 101 no. 39
[2] Wong, T. S.; Kang, S. H.; Tang, S. K.; Smythe, E. J.; Hatton, B.
D.; Grinthal, A.; Aizenberg, J. Bioinspired Self-Repairing Slippery
Surfaces with Pressure-Stable Omniphobicity. Nature 2011, 477, 443−
447.
[3] W ang, L.; McCarthy, T. J. Covalently Attached Liquids: Instant
Omniphobic Surfaces with Unprecedented Repellency. Angew. C hem.,
Int. Ed. 2016, 55, 244−248.
[4] Liu, P.; Zhang, H.; He, W .; Li, H.; Jiang, J.; Liu, M.; Sun, H.; He,
M.; Cui, J.; Jiang, L.; Yao, X. Development of “Liquid-Like”
Copolymer Nanocoatings for Reactive Oil-Repellent Surfac e. ACS
Nano 2017, 11 (2), 2248−2256.

Mots clés/Keywords

Mouillage
Wetting

Compétences/Skills

Greffage chimique, microscopie optique et à force atomique, spectroscopie IR et de photoélectrons, analyse thermogravimétrique,
Chemical grafting, optical and atomic force microscopy, IR and XPS spectroscopy, thermogravimetric analysis
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Synthèse de film composite copolymère/nanoparticules d'or pour des applications en optique.

Spécialité

Matériaux composites

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

26-04-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

TESTARD Fabienne
+33 1 69 08 96 42

Résumé/Summary

L’objectif du stage est d’obtenir par une approche « bottom-up » des films nanostructurés de copolymères contenant des nanoparticules d’or de différentes formes et tailles, pour des applications dans le domaine des metamatériaux électromagnétiques et des capteurs.

Sujet détaillé/Full description

Avec la possibilité de contrôler la nanostructure d’assemblage diélectrique/métallique à une échelle inférieure à celle de la longueur d’onde de la lumière, une nouvelle classe de matériaux a émergé depuis les années 2000. Ces « metamatériaux » offrent de nombreuses possibilités d’applications dans le domaine de la photonique, optique (lentille super résolue, matériau à indice de réfraction négatif, etc ..). L’approche dite « Top-down » permet d’obtenir ces assemblages aux propriétés optiques recherchées, mais l’obtention facile, à façon et à moindre coût de ces matériaux reste un sujet intense de recherche.
Une autre approche dite « bottom-up » consiste à obtenir des films composites nanostructurés à partir de solution de copolymères et de nanoparticules. Cette approche offre une plus grande versatilité dans la mise en forme des matériaux et des coûts moindres de fabrication. Les preuves de concept ont été obtenues avec des films nanostructurés de copolymères contenant des nanoparticules d’or, mais il reste de nombreuses questions. En particulier, l’influence sur les propriétés optiques de la nanostructure du matériau et de la distribution en taille et forme des nanoparticules métalliques dans le film reste peu décrite.
L’objectif du stage se place dans ce cadre et vise à produire et caractériser des films composites à base de copolymères di-block contenant des nanoparticules d’or isotropes ou anisotropes synthétisées directement dans le film ou préalablement à son dépôt. Le but est de produire des films sans défaut dont la répartition en particule est homogène dans le film, pour des particules de taille et forme contrôlées.

Mots clés/Keywords

matériaux nanostructurés, nanoparticules d’or, nanomatériaux, metamateriaux, physico-chimie, polymères,

Compétences/Skills

AFM, diffusion de rayons X/lumière aux petits angles, microscopie électronique à transmission..

 

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