Deux axes d'étude forts sont en cours de développement :
- les matériaux pour les bio-technologies,
- les interactions entre molécules biologiques de grande taille.
Le premier axe d'étude s'inscrit dans la mouvance actuelle des BioNanotechnologies. Cet effort a été engagé en début d'année 2003 au travers d'une Equipe-Projet pluridisciplinaire CNRS, le but était d'inventorier et de modéliser les problèmes liés aux interfaces entre molécules organiques et substrats microélectroniques lors de la fabrication de biopuces. Cet axe présente deux volets complémentaires, d'une part il s'agit du greffage de molécule linéaires sur des surfaces, d'autre part de l'étude d'une molécule montrant une transition de phase hydrophile/hydrophobe. Les résultats se limitent aujourd'hui à des calculs quantiques sur la compréhension:
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de mécanismes chimiques de greffages de molécules linéaires (organo-silanes) sur SiO2. Nous avons étudié l'accrochage de deux types de chaînes, (A)3-Si-CH2-CH2-O-CO-CH3 (A=OH, Cl) sur une surface SiO2 hydroxylée. Cette surface est modélisée par des clusters de tailles différentes afin de comprendre l'impact sur les propriétés géométriques et électroniques de l'adsorption. La réaction chimique entre les molécules d'organosilanes et la surface conduit à deux produits finaux stabilisés par deux types d'interactions, d'une part une liaison covalente, d'autre part une liaison hydrogène. Le résultat important est que le processus d'auto-assemblage est lié étroitement à la possibilité qu'ont les précurseurs organosilanes de se dimériser en phase liquide via des molécules d'eau; la molécule unique se couche sur la surface, empêchant la formation d'un film dense et organisé. Les calculs en cours portent sur les effets de l'eau sur le processus d'auto-organisation au delà de ce qui vient d'être dit,
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dans un deuxième volet, nous avons étudié la forme collapsée des PNIPAM, Poly(N-isopropylacrylamide), molécules à fort potentiel pour des applications en bionanotechnologies. L'étude de différentes conformations montre la possibilité de constituer des réseaux de liaisons hydrogènes intra-moléculaires, un résultat remarquable obtenu est la possibilité d'une structuration en hélice où les groupes polaires se neutralisent par des liaisons hydrogènes. Nous avons montré que la constitution de ces réseaux de liaisons hydrogène est la clef pour comprendre le comportement global de cette molécule, en particulier en ce qui concerne le caractère hydrophile/hydrophobe. En ce sens, des travaux en cours de publication indiquent le rôle crucial de la synthèse des PNIPAM sur leur comportement ultérieur.
Dans ce domaine d'étude, les travaux devront s'orienter vers le passage à des potentiels classiques permettant de simuler des comportements plus mesoscopiques des ces systèmes complexes. La dimension simulation des technologies (via le Monte Carlo Cinétique) reste encore à préciser.
Le deuxième axe se concentre sur la modélisation spécifique de l'interaction entre grosses molécules biologiques pour lesquelles les stratégies «multi-modèles» évoquées auparavant ne fonctionnent plus (taille des molécules, liaisons chimiques faibles, flexibilité...). Les premiers travaux effectués concernaient l'inventaire des outils existants (3Ddock, AutoDock, Accelrys...). La stratégie de ces logiciels repose sur deux approches très différentes. D'une part il s'agit d'une approche géométrique, les molécules sont considérées du point de vue de leur encombrement stérique. D'autre part, une approche plus physique qui repose sur une interaction entre les molécules par potentiel classique. Un premier résultat important est que nous avons montré qu'il existe un chemin qui permet de relier de manière continue ces deux approches. La deuxième conclusion de notre étude est l'absolue nécessité de prendre en compte la flexibilité des molécules de manière beaucoup plus efficace et précise. Ce dernier point nous a permis de développer une nouvelle approche, que nous avons baptisé «modes statiques» qui prend en compte cette flexibilité. L'idée de base repose sur l'utilisation de la matrice dynamique des molécules avant leur interaction pour calculer «à priori» les champs de déformation possibles des molécules isolées. Ensuite nous utilisons ces calculs lors de la mise en interaction des deux molécules. Le code élaboré (FLEXIBLE) fera l'objet d'un dépôt de logiciel associé à une demande de brevet (BIOMODE)
