Biomolécules et Matériaux Nanostructurés Jacques Livage - Collège de France livage@ccr.jussieu.fr 01 44 27 21 84 www.labos.upmc.fr/lcmcp/newsite rubrique : enseignement 19.12.07

Spicules d’éponges

La longueur peut atteindre le mètre Fibres de silice permettant à l’éponge de se fixer au sol 10 cm La longueur peut atteindre le mètre

d’un filament protéique gaine de silice gaine de silice autour d’un filament protéique filament protéique

Spicule = fibre optique

Nature Materials, juin 2007

octapeptide dicationique Le lanréotide (NH3-(D)Naph-Cys-Tyr-(D)Trp-Lys-Val-Cys-Thr-CONH2 aromatiques aliphatiques octapeptide dicationique les fonctions amines sont protonées en milieu légèrement acide division en 2 parties aromatique-aliphatique

les molécules de lanréotide s’assemblent sous forme de nanotubes En solution dans l’eau les molécules de lanréotide s’assemblent sous forme de nanotubes Association de 2 molécules de lanréotide via des liaisons hydrogène

les molécules de lanréotide s’assemblent sous forme de nanotubes En solution dans l’eau les molécules de lanréotide s’assemblent sous forme de nanotubes 10 liaisons hydrogène

liaisons hydrogène NH….O = interactions Tyr-Tyr, Thr-Val et Val-Val J. Pept. Sci. (2007) enroulement liaisons hydrogène NH….O = interactions Tyr-Tyr, Thr-Val et Val-Val

Les nanotubes s ’assemblent en réseau hexagonal

microscopie électronique - cryo-fracture

Formation de mésophases en solution dans l’eau microscopie optique entre polariseurs croisés

Templates pour la formation de nanotubes de silice 15 Templates pour la formation de nanotubes de silice Les fonctions amines catalysent la condensation de la silice à la surface des nanotubes Si(OEt)4 + 2H2O Si(OH)4 + 4 EtOH SiO2 hydrolyse condensation TEOS + H2O lanréotide 48 h nanofibres de silice lanréotide Les nanotubes se forment à l’interface par diffusion lente du lanréotide à travers le TEOS

longueur plusieurs centimètres Nanotubes de silice faisceau de fibres 1 µm 100 nm 1 mm microscopie électronique lumière polarisée longueur plusieurs centimètres

Formation des nanotubes de silice 2 processus simultanés formation des nanotubes de lanréotide polymérisation de la silice attraction électrostatique NH3+ - [SiO(OR)3]- la couche de silice facilite l’allongement du tube de lanréotide

‘ endo et ‘ exo ’ template Les nanotubes sont formés de 2 tubes de silice séparés par un tube de lanréotide 24,6 nm 9,9 11,3 13,3 14,7 r(nm) SiO2 ‘ endo et ‘ exo ’ template

Les 2 nanotubes sont indépendants l’un par rapport à l’autre 20 Nanotubes à double parois 100 nm MET 30 nm 50 nm Les 2 nanotubes sont indépendants et peuvent glisser l’un par rapport à l’autre

Chaperons moléculaires

Les chaperons moléculaires aident au repliement des protéines en évitant l’agrégation entre domaines hydrophobes

constituées de l’assemblage de sous-unités (HSP) formant deux anneaux superposés HSP = Heat Shock Proteins

Chaperons moléculaires constituées de l’assemblage de sous-unités protéiques formant deux anneaux superposés vue de dessus vue de côté ≈15nm

25 R.A. McMillan et al. nature materials 1 (2002) 247

Groupements ‘ thiols ’ répartis sur un cercle de 9 nm de diamètre Cystéine 9 nm HSP60 Groupements ‘ thiols ’ répartis sur un cercle de 9 nm de diamètre

Ø = 3 nm Ø = 9 nm

Les nanoparticules d’or viennent se fixer sur les groupements thiols Fixation sélective selon la taille Pore particule 3 nm 5 nm 9 nm 10 nm

Les chaperons peuvent s’assembler pour former un réseau 2D ordonné Le canal central est hydrophobe 9 nm 3 nm 10 nm 5nm nanoparticules d’or

30 Shan tang et al. IEEE Trans. Electronic Devices 54 (2007) 433

mémoire flash transistor à effet de champ gate n source drain p

+ + mémoire flash effacement affichage e- e- les électrons retombent par effet tunnel e- effacement + affichage une partie des électrons qui vont de la source au drain est déviée vers la porte flottante e- + Problème insérer des nanoparticules semi-conductrices (PbSe) dans une matrice isolante (SiO2)

Dépôt d’un film de SiO2 sur Si Immersion dans une solution de PTS Greffage Si-OH + R Adsorption des chaperons par le canal central via des interactions ‘ hydrophobe-hydrophobe ’ Réseau 2D de chaperons sur SiO2/Si

Nanocristaux de PbSe réseau de chaperons + nanocristaux réseau de nanocristaux 200°C O2 Nanocristaux de PbSe MEB MET

35 Dispositif MOS Si MOS = Métal Oxyde Semiconducteur

Read Only Memories Schéma de bande du dispositif MOS