Micronageurs activés par la lumière ou par propulsion chimique : vers des particules auto-propulsées efficaces pour la délivrance ciblée de médicaments

Light powered vs. fuel activated micro-swimmers: toward efficient self-propelled nanoparticles for drug delivery

• Auteur / Autrice : Jatin Bhumarkar
• Direction : Eric Grelet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Bio Physico Chimie (BIO2.0)

Mots clés

Mots clés libres

Matière active

Matière molle

Auto-organisation & auto-assemblage

Bactériophages

Active Matter

Soft Matter

Self-organization & self-assembly

Bacteriophages

Résumé

Imiter les propriétés de la vie dans des particules artificielles est un domaine de recherche en plein essor situé à la frontière entre la physico-chimie et la biologie synthétique. Parmi ces propriétés, reproduire la motilité et la nage directionnelle est essentielle pour comprendre le comportement individuel et collectif de leurs homologues naturels plus complexes. L'un des mécanismes les plus efficaces d'autopropulsion des particules browniennes repose sur des nageurs autophorétiques qui se propulsent en générant un gradient local de concentration, de température, etc., grâce à des propriétés de surface asymétriques (particules de Janus). Ces gradients induisent des flux de surface qui mènent à un mouvement dirigé. Dans ce projet de thèse, nous visons à concevoir et développer une nouvelle génération de particules autopropulsées, soit alimentées chimiquement par la décomposition enzymatique du glucose, soit propulsées par la lumière grâce à la thermophorèse, et fonctionnalisées de manière asymétrique avec des bactériophages filamenteux afin d'améliorer leur efficacité de nage directionnelle. L'organisation spatio-temporelle de ces nanoparticules alimentées par du carburant ou par la lumière sera étudiée au niveau de la particule unique grâce à des techniques de microscopie optique, afin de caractériser leur comportement dynamique et de comprendre les effets individuels et collectifs dans des fluides simples et complexes.

Mimicking the properties of life in artificial particles is a current research frontier between physical-chemistry and synthetic biology. Among these properties, reproducing motility and directional swimming is major for understanding the individual and collective behavior of their more complex natural counterparts. One of the most efficient mechanisms of Brownian particle self-propulsion is based on self-phoretic swimmers that propel themselves by generating a local gradient of concentration, temperature, etc through asymmetric surface properties (Janus particles). These gradients induce surface flows that lead to directed motion. In this PhD project, we aim at designing and developing a generation of self-propelled particles, either chemically powered by enzymatic decomposition of glucose fuel or light driven by self-thermophoresis, and asymmetrically functionalized with filamentous bacteriophages in order to improve their directional swimming efficiency. The spatiotemporal organization of these fuel and light powered nanoparticles will be studied at the single particle level thanks to optical microscopy techniques in order to characterize their dynamical behavior and to understand individual and collective effects in simple and complex fluids.