Nanocages de ferritine pour l'électronique biomoléculaire
Auteur / Autrice : | Luis Lechaptois |
Direction : | Olivier Pluchery, Sierin Lim |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique et chimie des matériaux |
Date : | Soutenance le 06/12/2023 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université en cotutelle avec Nanyang Technological University (Singapour) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut des nanosciences de Paris (1997-....) |
Jury : | Président / Présidente : Anna Proust |
Examinateurs / Examinatrices : Li Shuzhou | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Rosine Coq Germanicus, Sabine Szunerits |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Les nanocages de ferritine sont des protéines omniprésentes et largement connues pour leur capacité à manipuler des atomes de fer à l'intérieur de nombreuses espèces vivantes. Cette protéine possède une architecture unique composée d'une coquille d'acide aminé avec un noyau de fer et est apparue comme un candidat attrayant pour être incorporée dans un dispositif électrique (jonction, transistor à l'état solide). L’objectif de cette thèse est de caractériser les propriétés électrostatiques, les états de charge et les interactions avec une surface semi-conductrice des ferritines pour l'électronique biomoléculaire. De plus, la surface globale de la ferritine (naturellement chargée négativement) peut être modulée par des techniques de bio-ingénierie (mutagénèse dirigée) pour être chargée positivement. Au cours de cette thèse, les nanocages de ferritine ont été produits et bio-ingéniés dans le laboratoire de NTU à Singapour, et ont été caractérisés en solution à l'aide de techniques de diffusion de la lumière (ELS, DLS). Les mutations des ferritines ont été réalisées en remplaçant les acides aminés négatifs par des acides aminés positifs, et les ferritines mutantes ont montré un décalage de leur point isoélectrique (IEP). Afin d'étudier le comportement électrostatique des protéines de ferritine sur une surface solide, elles ont été déposées sur un substrat de silicium dopé, et les surfaces des échantillons ont été scannées par la microscopie de force à sonde de Kelvin (KPFM), qui est une technique avancée de la microscopie à force atomique qui mesure simultanément la topographie et le potentiel de surface d'une surface d'échantillon. La caractérisation de la ferritine immobilisée sur une surface de silicium par KPFM révèle un changement de la morphologie de la ferritine (aplatissement) et de ses propriétés électrostatiques (potentiel de surface) en fonction de sa teneur en fer. De plus, ces résultats présentent une nouvelle méthode pour déterminer l'orientation et la conformation des protéines directement sur une surface solide en mesurant leur dipôle électrique. Pour les ferritines mutées, le potentiel de surface mesuré par KPFM ne montre aucun changement dans le signe de la charge de surface (de négatif à positif), mais des changements significatifs sont perceptibles et indiquent la modulation de la charge de surface des ferritines mutées. Cette étude donne un bon aperçu de l'incorporation possible de la ferritine dans des dispositifs électroniques. Pour cela, d'autres interactions électrostatiques restent à étudier lorsqu'une nanoparticule est déposée sur un semi-conducteur, comme la formation d'une barrière Schottky, qui a été étudiée au cours de cette thèse avec une particule modèle (nanoparticules d'or de 50 nm) déposée sur du silicium et mesurée par KPFM. Sur la base de l'étude électrostatique de la ferritine (et des nanoparticules d'or), l'une des prochaines idées serait de réaliser une monocouche mixte active de ferritine positive et négative qui serait déposée sur une structure pseudo-MOSFET. La modification du rapport entre les particules positives et négatives modulera le courant source-drain.