Nanobiotechnologies [ LBRNA2202 ]

Icampus

Fruit de la convergence entre nanosciences et biologie, les nanobiotechnologies, qui visent à concevoir, caractériser et utiliser les biosystèmes à l'échelle du nanomètre, font actuellement l'objet d'une attention croissante de la part des chercheurs et des industriels. La formation vise à donner une vue d'ensemble des concepts, méthodes et enjeux des nanobiotechnologies. A la suite d'une introduction générale sur les nanosciences, le cours donne un aperçu des principales méthodes de nanocaractérisation et nanofabrication. En particulier, on montre comment les outils des nanotechnologies (microscopies à champ proche, lithographie) permettent d'appréhender, voire transformer, les systèmes bio et/ou organiques à l'échelle des atomes et des molécules, d'une part, et dans quelle mesure les principes de base (auto-assemblage) de la biologie peuvent être exploités pour fabriquer de nouveaux matériaux et dispositifs, d'autre part. Enfin, les applications et perspectives sont décrites de manière critique (biosenseurs, microfluidique, bioMEMS, quantum dots, nanoparticules, machines biomoléculaires), en précisant les limites et les verrous technologiques à lever.

a. Contribution de l'activité au référentiel AA (AA du programme)

1.1, 1.2, 1.4, 1.5

3.1, 3.4, 3.6 à 3.9

6.1, 6.2., 6.4 à 6.7

b. Formulation spécifique pour cette activité des AA du programme

A la fin de cette activité d'apprentissage, l'étudiant sera capable de :

-       Expliquer, en privilégieant une vision intégrée et transversale, les enjeux principaux des nanotechnologies et nanosciences au sens large (nanoélectronique, nanomatériaux, nanobiotechnologies),.

-       Expliquer le principe des différentes méthodes de nanofabrication (approches top-down vs bottom-up), et évaluer leurs performances.

-       Comparer le principe physique des techniques de nanocaractérisation (microscopies de champ proche et à fluoresence), et déduire les avantages et limitations de ces méthodes, ainsi que leur complémentarité.

-       Interpréter les données obtenues par ces différentes techniques. Justifier par des exemples.

-       Proposer une vision intégrée et critique des principales applications des nanobiotechnologies (BioMEMS,Nanoparticules, Machine biomoléculaires), en spéculant sur la faisabilité à long terme de ces applications (science vs science-fiction).

-       Formuler une synthèse critique des articles scientifiques de pointe dans le domaine des nanobiotechnologies.

-       Réaliser la critique d'un article récent, précisément :

-       Estimer les qualités et faiblesses de l'article.

-       Critiquer la méthodologie, les résultats (originalité, qualité, reproductibilité, statistique) et leur interprétation (la discussion est-elle fondée ou non).

-       Spéculer quant aux perspectives (fondamentales ou appliquées) offertes par l'étude.

Examen écritet travail par groupe de 2 à 3 étudiants (rapport écrit de 5 pages, et présentation orale de 15 min)

L'exposé théorique est complété par un travail d'analyse critique et de présentation d'un article, ainsi que par des séminaires donnés par des chercheurs invités, visant à illustrer différentes applications des nanobiotechnologies.

I. Nanotechnologies: introduction

Définition, historique, financement / Applications attendues / Des micro- aux nanotechnologies / Trois grands domaines: nanoélectronique, nanomatériaux, nanobiotechnologies

II. Méthodes de nanofabrication

II.1. Approche top-down: lithographies

Photolithographie / Lithographie électronique / Lithographie douce / Nanolithographie dip-pen

II.2. Approche bottom-up: auto-assemblage et chimie supramoléculaire

Monocouches auto-assemblées (SAMs) / Chimie supramoléculaire / Systèmes polymères nanostructurés /  Boîtes quantiques / Lithographie colloïdale / Assemblage d'ADN / Réseaux 2D de protéines (S-layers) / Couches lipidiques / Couches de protéines adsorbées

III. Méthodes de nanocaractérisation

Microscopie à effet tunnel (STM) / Microscopie à force atomique (AFM) / Microscopie optique de champ proche (SNOM) / Autres microscopies à l'échelle de la molécule unique

IV. Applications et perspectives des nanobiotechnologies

IV.1. Biosenseurs, microfluidique, BioMEMS (détection: mécanique / électrique / optique)

IV.2. Nanoparticules

Quantum dots pour l'imagerie biologique / Détection de protéines basée sur les nanoparticules

IV.3. Machine biomoléculaires

F1-ATPase / Moteurs à base d'actine / Moteurs à base de kinésine / DNA nanoactuators

Notes et articles fournis par le professeur et mis à disposition sur iCampus