Auto-assemblage et Intégration de Métamatériaux par Ingénierie de Protéines Artificielles – ARTEMIS

Avec le développement de la plasmonique, qui exploite les propriétés collectives des électrons de surface de métaux, le contrôle des propriétés optiques a atteint l’échelle nanométrique. Il est récemment apparu que les limites de résolution spatiale de dispositifs lithographiques pouvaient être dépassées en exploitant les performances de colloïdes métalliques cristallins, propriétés qui pourraient être couplées à celles d’absorption et d’émission des quantum-dots. Les applications potentielles de tels nano systèmes recouvrent les applications diagnostiques (imagerie) et thérapeutiques (hyperthermie). La condition préalable essentielle est de développer des voies de synthèse de nanoparticules, idéalement bio-compatibles, possédant une taille et une morphologie contrôlées. Il est également essentiel de parvenir à organiser spatialement ces nanoparticules en architectures 2D et 3D de topologie contrôlée.
Le but premier du projet ARTEMIS est de concevoir et de produire expérimentalement des protéines artificielles qui interagissent spécifiquement avec des surfaces inorganiques choisies, cela sans connaissance préalable des mécanismes d’interaction protéine/minéral. Ces protéines artificielles devront présenter l’une des caractéristiques suivantes. (i) interagir spécifiquement avec une face cristalline d’un métal ou d’un semi-conducteur et par conséquent pouvoir diriger ou moduler de façon anisotrope la croissance cristalline de nanoparticules (ii) La possibilité de s’autoassembler pour produire, a la manière des virus, des architectures d’ordre supérieurs, de façon à pouvoir agir comme matrices et à produire de nouvelles formes.(iii) induire et contrôler l’assemblage 3D de nanoparticules luminescentes ou plasmoniques. Dans un second temps, le projet ARTEMIS explorera les propriétés optiques locale de nanostructures et des assemblages structurés et organisés par ces protéines artificielles. Au-delà de la création de nouveaux conjugués protéines/nanoparticules cette plateforme vise trois objectifs particulièrement innovants. (1) Les protéines ont des capacités de reconnaissance très sophistiquées, bien plus générales que celles de l’ADN ou de peptides, mais sont, en revanche, fondamentalement plus complexes à concevoir et à produire. Les protéines ayant les propriétés recherchées peuvent, maintenant, être efficacement créées et produites par des méthodes de biologie combinatoire. (2) Les nanoparticules plasmoniques seront synthétisées en utilisant des protéines artificielles spécifiquement créées pour contrôler la forme, la taille, et l’orientation cristallographique de la particule. (3) Des paires de protéines à haute affinité, seront exploitées pour élaborer, des superstructures telles que des paires, des chaines ou des réseaux de particules plasmoniques et luminescentes. La plateforme permettra de contrôler les propriétés optiques et thermiques de ces composés hybrides en ajustant la stoechiométrie protéine/particule et en exploitant des reconnaissances orthogonales entre paires de protéines. Le projet ARTEMIS réunit des équipes d biologie (IBBMC Orsay et ESPCI Paris), de chimistes et de physiciens (SCR Rennes et CEMES Toulouse) qui développeront ensemble les approches de conception, de sélection et de production de protéines, qui exploiteront le contrôle par ces protéines de la croissances de cristaux inorganiques pour produire des nanoparticules métalliques de morphologies définies, pour coupler les propriétés plasmoniques ou de luminescence de particules en exploitant l’affinité sélective des protéines. Ces structures hybrides : proteines-nanoparticules et ces assemblages permettront d’étudier de façon innovante le couplage, le confinement et l’exaltation des propriétés thermiques plasmoniques en synergie avec projet ANR-2013-SIMI10 PlaCoRe focalisé sur l’étude des propriétés plasmoniques des colloïdes et coordonné par le partenaire 2.