Physique des colloïdes et des interfaces

Le cytosquelette d’actine est un réseau dynamique de filaments protéiques. En polymérisant contre la membrane d’une cellule, il produit une force permettant le mouvement de celle-ci vers l’avant. Pour élucider  l’origine physique de ce phénomène, nous étudions la réaction d’une population de filaments d’actine en croissance quand on lui applique une force à l’aide de billes superparamagnétiques. Nous sommes ainsi capables de mettre en évidence le mécanisme physique de génération de force, ainsi que l’influence de la disposition et de la géométrie des filaments sur ce mécanisme.

Les billes superparamagnétiques sont des objets largement utilisés pour des applications en biochimie dans notre laboratoire et ailleurs. La physique de ces matériaux est cependant complexe à appréhender. Partant de l’observation que les billes sont optiquement anisotropes, nous avons mis au point une méthode optique pour caractériser la façon dont elles tournent sur elles-mêmes pour s’orienter dans un champ magnétique externe. Ce mouvement est la conséquence directe du couplage entre billes et champ. Un modèle a été établi pour lier la force du couplage à la polydispersité des grains d’oxyde de fer dans les billes.

La fragmentation d'un jet composé de plusieurs liquides concentriques peut conduire à la formation de capsules à coeur liquide de taille submillimétrique.  Nous étudions la déstabilisation de ce jet complexe dont la couche liquide extérieure possède des propriétés viscoélastiques. Nous nous intéressons également à  l'instabilité de la couche de mélange intervenant au sein de la buse d'injection lorsque deux liquides miscibles sont utilisés. La maîtrise des différentes instabilités interfaciales permettra d'accéder à la génération à haut débit de capsules à coeur liquide calibrées pour des applications en biotechnologie.

Financement : ANR CAPCELL

Que ce soit in vivo pour la vectorisation de médicaments et les agents de contraste en IRM, ou in vitro pour le diagnostic immunologique ou la capture de cellules, il est important de caractériser et de comprendre comment des particules colloïdales synthétiques vont se comporter en présence d’une importante concentration de protéines, lipides... Il est clair par exemple que certaines protéines s'adsorbent sur les surfaces colloïdales, mais il reste à comprendre d'une part la physico-chimie de cette adsorption, et d'autre part à caractériser les conséquences de ces interactions pour l'utilisation des particules.

Lorsque deux cellules sont mises en contact, certaines macromolécules localisées sur chacune des surfaces (couple ligand-récepteur) vont diffuser, se rencontrer et s'associer spécifiquement pour former la zone d'adhésion. Ce phénomène s’observe en particulier dans le cadre de la réponse immunitaire, mais les modèles thermodynamiques actuels ne permettent pas de prédire les concentrations de liens observées expérimentalement. Nous avons développé un système modèle à partir d’émulsions fonctionnalisées et de bicouches lipidiques supportées qui nous a permis de mesurer l’équation d’état à 2D de la zone d’adhésion, et ainsi d’expliquer l'organisation du contact.

Les émulsions ont été et sont encore l'objet de nombreux travaux de recherche grâce à la richesse des phénomènes physico-chimiques sous-jacents ainsi qu'à leur vaste champ d'applications. Le développement récent de la microfluidique offre de nouvelles possibilités d'explorer les propriétés de ce matériau. Nous utilisons l'outil microfluidique pour étudier les deux processus de déstabilisation  majeurs d'une émulsion que sont la coalescence de gouttes et le transfert moléculaire entre gouttes voisines. Par exemple, cette approche expérimentale nous a permis de proposer un premier scénario possible d'inversion de phase d'une émulsion concentrée sous cisaillement. Ce scénario est basée sur la nature coalescente de la coalescence. Nous avons également sondé la stabilité et les propriétés de membranes biologiques modèles à l'aide de paires de gouttes adhésives séparées par une bicouche de phospholipides.