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Microscope à force atomique par Sandor Kasas

28 octobre 2009 Commentaires fermés

Excellente présentation vendredi passé au Microclub [1] par Sandor Kasas, du Laboratoire de Physique de la Matière Vivante (LPMV) de l’EPFL. Il nous a expliqué comment les microscopes à force atomique permettent d’observer, de filmer voire de palper les « briques de la vie » (protéines, enzymes, ADN) en plein action.

Il a commencé par nous expliquer comment fonctionne un microscope à force atomique, AFM pour les intimes. C’est une évolution du microscope à effet tunnel (STM) inventé (en Suisse) en 1981 par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer. Ils ont obtenu pour ça le prix Nobel 5 ans plus tard seulement (un record récemment battu par Obama).

Le principe du STM consiste à promener une pointe ultra fine au dessus d’une surface à observer, et à mesurer le « courant tunnel » produit par les électrons passant de l’échantillon à la pointe, ce qui permet de mesurer la distance entre les deux et de produire des images avec une résolution sub atomique. Plus fort encore : en appliquant une plus forte tension entre la pointe et l’échantillon, on parvient à coller un atome à la pointe, puis aller le déposer à un endroit précis, pour réaliser des choses incroyables comme celle-ci:

cercle de 48 atomes de fer déposés sur du cuivre. Diamètre = 14 nanomètres. les vagues au centre sont produites par la superposition des fonctions donde des atomes, preuve que la mécanique quantique nexiste pas que dans les livres.
cercle de 48 atomes de fer déposés sur du cuivre chez IBM. Diamètre = 14 nanomètres. les vagues au centre sont produites par la superposition des fonctions d’onde des atomes, preuve que la mécanique quantique n’existe pas que dans les livres.

Le STM souffre toutefois de quelques limitations: il ne fonctionne que dans un vide très poussé, avec des échantillons conducteurs d’électricité refroidis bien en dessous de 0°C.

 

AFMtip
poutre flexible de microscope à force atomique, et sa pointe

Ces inconvénients n’existe pas avec l’AFM, qui « palpe » la surface en mesurant avec un laser la nanométrique flexion  d’une minuscule poutre portant la pointe, sous l’effet combiné des forces  de Van der Waals (attractive) et électrostatique (répulsive). Avec un AFM, on peut observer des échantillons dans l’eau, à température ambiante. On peut observer de la matière vivante !

Sandor Kasas nous a ainsi montré de spectaculaires images de brins d’ADN  comme celle-ci, qui sera expliquée en détail plus bas:

ADN+topoisomerase II
image LVPM-EPFL

Mieux encore : on arrive à  appliquer des forces très précises sur l’échantillon, en appuyant les quelques atomes de l’extrémité de la pointe dessus.  Après avoir déposé  des microtubules sur un substrat percé, l’équipe du LPMV est ainsi parvenue à mesurer les modules d’élasticité et de cisaillement de ces constituants de la paroi cellulaire [2]!

MTflex
ADN Topoisomérase II (image : Wikipedia)

Plus fort encore : l’AFM permet de mesurer la force avec laquelle des protéines se lient entre elles, et de mieux comprendre des phénomènes biochimiques inaccessibles jusqu’ici. Sandor Kasas nous a ainsi présenté une étude sur le « complexe snare » , la membrane cellulaire du bout des axones où les neurotransmetteurs sont libérés pour transmettre l’influx nerveux entre les neurones. En mesurant les forces d’adhésion entre les protéines syntaxin 1 (sx1), SNAP-25 (S25) et VAMP 2 (V2), les chercheurs sont parvenus à  comprendre comment elles étaient agencées et comment  la toxine du tetanos (TeTx) perturbe le fonctionnement de ces protéines. [3] Wow !

Mais la recherche qui m’a le plus excité est celle qui a produit les images d’ADN plus haut. L’ADN est une très longue molécule : chacune de nos cellules en contient environ 1 mètre, super enroulée en une minuscule pelote, ce qui cause inévitablement des noeuds. Mais des « têtes de lecture » se promènent le long des brins d’ADN pour les décoder ou les répliquer, et les noeuds risquent de bloquer ce mécanisme vital.

Heureusement, il y a la topoisomérase II. C’est la présence de cette enzyme qui permet à la pelote de la première photo de se dénouer complètement en un petit quart d’heure. On n’est pas encore certains de comment elle fait, mais les chercheurs du LPMV aimeraient bien poursuivre leurs travaux [4] et prouver qu’elle triche en coupant un brin et en le raccommodant après avoir croisé l’autre! Un éviteur d’axe biologique ! incroyable, non ?

TopoIICette présentation fait partie des 10 meilleures auxquelles j’aie assisté, toutes catégories confondues. Merveilleusement multidisciplinaire, on naviguait en toute confiance entre mécanique quantique et biologie, entre chimie, optique et dynamique. Un régal. Merci Dr. Kasas !

Références:

  1. S Kasas, « Presentation Microclub 2009″, (pdf des slides avec encore plus d’images)
  2. A Yersin et al « Interactions between synaptic vesicle fusion proteins explored by atomic force microscopy« , Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), July 22, 2003 vol. 100 no. 15, p 8736-8741
  3. A. Kis, S. Kasas et al « Nanomechanics of Microtubules », Physical Review Letter, 2002, Vol. 89, Nr 24
  4. Erika Ercolini « Scaling Properties of DNA Knots Studied by Atomic Force Microscopy », EPFL Thèse No 4041, 2008
Catégories :EPFL

Festival de robotique

4 mai 2009 Commentaires fermés

Samedi 16 mai 2009 à l’EPFL

L'affiche officielle. Cliquez dessus pour l'agrandir

Les nouveautés de cette année sont multiples :

  • plus de 1500 places d’atelier pour les jeunes, avec la moitié des places réservables par internet
  • plus de 700 robots pour les visiteurs et visiteuses, soit à emporter, programmer ou simplement voir fonctionner
  • une vingtaine d’expositions de robots par des écoles, clubs, associations et entreprises
  • des concours de robots spectaculaires et uniques au monde
  • le même jour, possibilité de visiter les portes ouvertes de l’université de Lausanne, Les Mystères de l’UNIL

En résumé, une journée unique, riche en émotions et en opportunités d’en apprendre plus sur la robotique et la technologie en général.

Important: il est fortement conseillé de se rendre sur le site EPFL par les transports public (M1, bus 33) à cause des évènements combinés de l’EPFL (festival) et de l’UNIL (portes ouvertes) en cette journée.

Programme

Présentations :

  • 9:30 – 10:30 Introduction à la robotique mobile, par Francesco Mondada
  • 10:45 – 11:45 La robotique dans les travaux de maturité, par Ludovic Barman, Antoine Albertelli, Pierre Grydbeck, Daniel et Jean-Claude Besse

Concours :

  • 13:00 – 15:00 Robots à hydrogène, concours réalisé avec le soutien financier du « Fond communal pour l’utilisation rationnelle de l’électricité et la promotion des énergies renouvelables » des services industriels de la ville de Lausanne.
  • 15:30 – 17:00 Le « triathlon » robotique ! Robopoly = des étudiant·e·s + leurs robots, en particulier le kit PRisme (développé par le club depuis sa création). Le Grand Concours se sont ces robots qui s’affrontent sur une piste effrénée et lors d’un challenge enflammé.

Expositions : En continu de 9 heures à 18 heures

Ateliers : De 9 heures à 18 heures selon les horaires de chaque atelier

plus d’infos et inscriptions sur http://festivalrobotique.epfl.ch/

Catégories :EPFL, robot

Festival de robotique – photos de Michel Vonlanthen

18 janvier 2009 2 commentaires

Michel Vonlanthen a (enfin!) publié ses photos lors du festival de robotique 2008 de l’EPFL. Elles sont visibles en commençant ici: http://www.hb9afo.ch/blog/20080419_epfl_festival%20robotique/robotique.gif

Et ensuite, le chargement de la suivante se fait en diaporama. Elle sont représentatives de l’ensemble de la manifestation, qui avait eu un succès mérité. Merci Michel pour ces vues!  Et un conseil en passant: utilise plutôt Jalbum pour créer tes albums WEB… il fait tout: imagettes, réduction, mise en page, navigation, skin, etc, etc!

Yves Masur