Stage M2R se situe dans le domaine des sciences des matériaux

Nano-argent et biofilms : de la spectrométrie optique à la prévention microbienne

Directeurs de stage : Robert CARLES, groupe nMat, CEMES^[a] [e-mail]

Kremena MAKASHEVA, Groupe MPP, LAPLACE^{[b ]}[e-mail]
Ce sujet de stage M2R se situe dans le domaine des sciences des matériaux (propriétés optiques dans des systèmes nanostructurés) en interface avec la biophysique (mécanismes d’adhérence) et la biochimie (actions antimicrobienne de nanoparticules).

Le contexte de l’étude est celui de l'augmentation des maladies infectieuses et de l'apparition de bactéries résistant aux antibiotiques, qui nécessitent de rechercher des agents antibactériens plus efficaces et surtout de nouvelles stratégies basées sur la prévention. Les nanoparticules d’argent (NPs d’Ag) bien connues pour leur action antimicrobienne (« nanosilver »), sont actuellement utilisées pour le traitement des brûlures et des infections ainsi que dans toute une panoplie de produits courants. Pour les applications biomédicales, l'adhérence microbienne représente une complication majeure dans le traitement des infections. Dans ce contexte, il convient de mieux cerner les mécanismes moléculaires impliqués dans l’interaction de l’argent (atomes, ions et NPs) avec des groupes fonctionnels spécifiques, puis des protéines et enfin des bio-organismes.

Les NPs d’Ag sont connues pour leur efficacité antibactérienne^[b,1] mais aussi en nanophysique comme support d’une résonance plasmonique aiguë dans le domaine du visible et donc d’une exaltation des signaux optiques émis par des molécules à leur voisinage (effet d' « antenne »)^[a,2]. Le projet vise à exploiter cette ambivalence par l’insertion de NPs d’Ag dans des matrices diélectriques au voisinage immédiat de leur surface en utilisant diverses techniques (PE-CVD^[b,3], implantation ionique, lithographie, recuit thermique^[a,4]).

Au cours du stage, des couches spécifiques seront élaborées dans les deux laboratoires ^[a,b]pour obtenir une amplification optimale des spectres de molécules ou protéines déposées sur leur surface^[c]. L’enregistrement de tels signaux permettra d'analyser l’action de l’argent sur des protéines modèles. Seront particulièrement mises en œuvre les techniques de spectrométries optiques (micro Raman et réflectivité UV-visibleavec imagerie^[a], absorption infrarouge et ellipsométrie^[b]).

Le candidat stagiaire devra posséder une formation initiale en sciences des matériaux afin de pouvoir cerner le lien entre les techniques d’élaboration, d’analyses structurales (microscopie électronique et AFM), de dépôt de molécules d’intérêt biologique et surtout de spectroscopies optiques. Un esprit d’ouverture à l’interdisciplinarité est donc requis. En revanche l’accès aux divers dispositifs expérimentaux sera facilité par une mise à disposition, dans les laboratoires, des équipes techniques concernées.

Ce stage pourra être prolongé par un travail de thèse dont le financement est dès-à-présent acquis pour un contrat doctoral de 3 ans par l’Université Paul Sabatier (AO3 2011-2012) et qui s’inscrit dans une collaboration impliquant trois laboratoires (CEMES^[a], LAPLACE^[b] et LISBP^[c]).
Références :

[a] CEMES : Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (UPR 8011, CNRS) Toulouse.

[b] LAPLACE : Laboratoire plasma et conversion d'énergie (UMR 5213, CNRS/UPS/ INPT), Toulouse.

[c] LISPB : Laboratoire d’ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (INRA/ CNRS/INSA), Toulouse.

[1] Synchrotron FTIR microspectroscopy of the yeast saccharomyces cerevisiae after exposure plasma-deposited nanosilver-containing coating, C. Saulou et al., Anal Bioanal Chem 396, 1441–1450 (2010).

[2] Three Dimensional Design of Silver Nanoparticle Assemblies Embedded in Dielectrics for Raman SpectroscopyEnhancement and Dark-Field Imaging, R. Carles et al., ACS Nano, accepted October 2011

[3] Transmission electron microscopy for elucidating the impact of silver-based treatments (ionic silver versus nanosilver-containing coating) on the model yeast Saccharomyces cerevisiae, B. Despax et al., Nanotechnology 22, 175101 (13pp) (2011).

[4] Synthesis of single layers of Ag nanocrystals by ultra-low energy ion implantation for large scale plasmonic structures, R. Carles et al., Nanotechnology 20,355305 (2009).