Marcel de Merre Prize. 22nd May 2013, UCL

Transcription

1 Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

2 Professeur Bruno Delvaux recteur de l UCL

3 Monsieur Jean-Charles de Cordes, Ami de Monsieur Pierre De Merre

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5 Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

6 Professeur Jean-Christophe Charlier Président de la Commission du Prix Marcel De Merre Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

7 Escapade dans le «Nano-monde» Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

8 Définir la «nanoscience» La nanoscience concerne l'étude des phénomènes rencontrés dans des objets : dont la taille est inférieure à 100 nanomètres dans une direction au moins; dont les propriétés découlent spécifiquement de cette réduction de taille. Domaine du nanomètre? 1 nanomètre = 1 m / = 10-9 m

9 Domaine du nanomètre? 1 nanomètre = 1 m / = 10-9 m 1 mètre 1 millimètre 1 micromètre 1 nanomètre 1 m 10-1 m 10-2 m 10-3 m 10-4 m 10-5 m 10-6 m 10-7 m 10-8 m 10-9 m m strand of DNA (~ 2 nm) flea (~ 1 mm) human hair (~ 80 µm) red blood cells (~ 7 µm) virus (~ 100 nm) football (~ 22 cm) carbon 60 buckyball (~ 0.7 nm) 25 cm 1 mm 50 µm 1 µm 100 nm 10-1 nm

10 Le comportement de la matière à l échelle «nano» diffère drastiquement de celui observé pour les objets «macro». 48 iron atoms on copper (111) Don Eigler, IBM La fluorescence de nanoparticules de CdSe dépend directement de leur taille. L'image du "corral quantique» montre que les électrons se comportent comme des ondes. Visualisations directes de la mécanique quantique!

11 Pourquoi la nanotechnologie? Améliorer les matériaux existants Augmenter les puissances de calcul Diagnostiquer et guérir plus efficacement Surveiller et protéger notre environnement Marché économique très important Energie Environnement Industrie chimique Matériaux ( 1100 milliards en 2015). Aérospatial Médecine 22 nd May TI 2013, UCL C

12 La nanotechnologie est multidisciplinaire Convergence de la Physique du Solide, Chimie et Biologie Nano-médecine? Mieux diagnostiquer : Puces à ADN : «lab-on-chip» Bio-senseurs La nanotechnologie et le vivant! Mieux guérir : Délivrance de médicament Implants biocompatibles Thérapie contre le cancer

13 Les nanotechnologies et le vivant Exemple: Les bio-senseurs Détecter de très faibles doses de certaines molécules, souvent indétectables par les systèmes classiques de mesures. «lab-on-chip»: détection en temps réel de diverses molécules par modifi cation de la conductance de nanofils fonctionnalisés.

14 Les nanotechnologies et le vivant Exemple: Nouvelles approches thérapeutiques anticancéreuses Tumeur cancéreuse in vivo ciblée par des nanotubes de C ( a)

15 Les nanotechnologies et le vivant Exemple: Le séquençage de l ADN Déterminer l enchaînement des nucléotides dans un fragment d ADN. A C Nouvelle méthode de séquençage rapide et peu coûteuse! C C C TT G GG A G A G G A A A G Possibilité de séquencer le génome humain en quelques 22 nd heures May 2013, UCL

16 Les nanotechnologies et le vivant Exemple: Le Biomimétisme Feuilles de lotus S inspirer de la nature pour fabriquer des dispositifs plus performants. Surface superhydrophobe et auto-nettoyante Comprendre comment la lumière interagit avec la matière à l échelle nanométrique (nano-photonique)

17 Prix Marcel de Merre 2010 Dr. Andrés Botello-Méndez «Chargé de Recherches» Nature Scientific Report 2012 Nano Letters 2013 Simulations numériques ab initio

18 Prix Marcel de Merre 2013 AFM Microscope Dr. Ruby Sullan (Bio-chimiste) - PhD in Chemistry (Univ. Toronto) - Postdoc in Bio-chemistry (Univ. Colorado) Etude de bactéries pathogènes par Microscopie AFM et Fluorescence

19 Professeur Yves Dufrêne Institut des sciences de la vie & Institute of Condensed Matter and Nanosciences Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

20 Nanotechnology for health: nanoscale surface properties of microbial pathogens Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

21 Imaging the cell from photons Marcel de Merre Prize to force 22nd May 2013, UCL

22 Atomic force microscopy (AFM) Imaging - nano resolution - minimal sample prep - in buffer, real-time Force spectroscopy - pn sensitivity - single-molecule localization - single-molecule manipulation

23 Live-cell imaging

24 Imaging single molecules 100 pn Recognition imaging 0 pn single adhesins detected nanodomains potential drug target

25 Dr. Ruby Sullan PhD in Chemistry, University of Toronto, Canada (Prof. Gilbert Walker) Nanomechanics of barnacle proteins and lipidpolymer studied by AFM Sullan et al., Biofouling, 2009, 25, 263. (Most cited paper in Biofouling in 2009) Tanur et al., Journal of Structural Biology, 2010, 169, 145. Sullan Marcel et al., de Soft MerrePrize Matter, 2013, in revision.

26 Visiting researcher SteacieInstitute for Molecular Sciences, National Research Council, Canada (Dr. Shan Zou) Nanomechanics of phase-segregated multicomponent lipid bilayers Sullan et al., Langmuir, 2009, 25,7471. Sullan et al., Langmuir Letter, 2009, 25, Sullan et al., Biophysical Journal, 2010, 99, 507. Li et al., Langmuir, 2010, 27, 1308.

27 Postdoc fellow JILA (National Institute of Standards and Technology and University of Colorado- Boulder), USA (Prof. Tom Perkins) Applications of AFM for Nanotechnology Dynamics and Energetics of Membrane Proteins studied by AFM Sullan, Churnside et al., Nano Letters, 2012, 12, 3557.; Highlighted in Nature Methods, Sullan et al., Methods, 2013.

28 Mademoiselle Ruby Sullan Lauréate du Prix Marcel De Merre Université du Colorado Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

29 Nanoscale study of the role of quorum sensing on the surface properties and biofilm behaviourof bacterial pathogens Ruby May A. Sullan Yves Dufrene Lab Marcel de Merre Prize nd May 2013

30 Bacteria and humans single, unicellular

31 Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

32 Biofilm-associated bacterial infections

33 Bacterial Quorum Sensing (QS) Signal Receptor Protein BACTERIAL CELL Signal Producing Protein COLLECTIVE Behaviour

34 How to study biofilms? SEM fluorescence Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL

35 Atomic Force Microscope (AFM) SURFACE

36 Goals of the research project Question 1 What are the nanoscalesurface properties, interactions and biofilm behaviour of S. aureusand S. epidermidis? Question 2 How do quorum sensing modulate the cell surface properties and biofilm behaviour of the pathogens?

37 Correlated AFM/fluorescence er Photodiode Cantilever El-Kirat-Chatel, S. and Dufrêne, YF. ACS Nano, 2012, 12,

38 Biofilms of S. aureus Yarwood, JM, et al, J. Bacteriol, 2004, 186, 1838.

39 PeakForce-Quantitative Nanomechanical Mapping S. epidermidis Height Peak Force Error Adhesion Modulus log Modulus Deformation

40 Mechanical Trapping of Cells μm

41 Single-molecule force spectroscopy AFM tip cell surface

42 Potential Impacts Nanotechnology for health: nanomedicine Staphylococci pathogenesis new therapeutic targets anti-quorum sensing drugs Social behavior of bacteria

43 Collaborations Molecular biology Prof. J. Mahillon (ELI, UCL) Prof. P. Hols (ISV, UCL) Fluorescence microscopy Prof. F. Chaumont (ISV, UCL) Dr. T. Neu (UFZ, Germany) BSMA Research Pole (IMCN, UCL)

44 Un grand merci!!!

45 Marcel de Merre Prize 22nd May 2013, UCL