Thèse Architectures Supramoléculaires 2D - 3D Biohybrides Contrôlées par l'Adn Supradna H/F

Université Grenoble Alpes

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : CSV- Chimie et Sciences du Vivant
Laboratoire de recherche : Systèmes Moléculaires et Nano Matériaux pour l'Énergie et la Santé
Direction de la thèse : Didier GASPARUTTO ORCID 0000000279846177
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-09T23:59:59

Cette thèse s'inscrit dans un projet de recherche (SupraDNA) dont l'objectif est de concevoir et de préparer des modules de constructions moléculaires, constitués de la molécule d'ADN conjuguée à des molécules polyfonctionnelles structurantes (type cyclodextrine, dendrimères, molécules cages, peptide). Ces briques élémentaires originales seront utilisées comme modules de constructions pour préparer des architectures supramoléculaires par auto-assemblage guidé par l'ADN, grâce aux propriétés d'hybridations sélectives des nucléobases. Basée sur une approche mécano-programmable, les nanostructures ADN hybrides orchestrent une macro-organisation à grande échelle (nano-, micro- et macro) permettant d'accéder à des structures 2D/3D contrôlées et modulables en taille et morphologie.
Cette thèse pluridisciplinaire fera appel à des approches de synthèse organique et de bio-conjugaison chimique, suivi de l'auto-assemblage des briques élémentaires par reconnaissance/hybridation sélective des brins d'ADN. Les nano(bio)architectures, obtenues en solution ou immobilisées sur surface, seront caractérisées par des techniques complémentaires basées sur les microscopies de type AFM,TEM, SEM et STEM.
La possibilité de fonctionnalisation (conjugaison, métallisation), d'immobilisation sur surface ou d'activation programmée (photo-, bio- ou chimio-activation contrôlée par des agents et stimuli extérieurs) de ces architectures biohybrides permettront d'accéder à des matériaux innovants qui pourront trouver des applications dans divers domaines, tels que les biocapteurs, la catalyse ou la nano-photonique/électronique.

Ces travaux s'appuient sur des expertises et des outils prédictifs, ainsi que des méthodes de synthèses et de caractérisations développées au laboratoire depuis plusieurs années pour la préparation d'autoassemblages des biopolymères, en particulier l'ADN et les protéines (voir bibliographie ci-dessous). Ils constituent une nouvelle extension de nos précédents travaux et visent à développer des nouvelles architectures fonctionnelles, statiques ou dynamiques, pour la conception de nanomatériaux et nanomachines moléculaires activables (chimio-, photo- ou bio-activables) et autoréparables pour des applications dans de multiples domaines des nanotechnologies bio-inspirées.

Le présent projet vise à développer de nouvelles briques biomoléculaires à base de fragments d'ADN greffés sur des échafaudages polyfonctionnels. L'utilisation de ces briques hybrides originales, de géométrie et stoechiométrie contrôlées, permettra de préparer 'à façon' des architectures 2D/3D en solution ou sur surface (nano-membranes, nano-masques, nano-échafaudages, nanotubes ou encore nanopores) par un auto-assemblage guidée par l'ADN s'appuyant sur les propriétés d'appariement prévisibles et contrôlables des nucléobases.

Nous établirons une stratégie de synthèse multi-étape et d'assemblage multi-échelle, basée notamment sur l'utilisation d'outils pour la conception assistée par ordinateur des nanostructures ADN. Les validations expérimentales seront réalisées à chaque étape par des caractérisations physico-chimiques, structurales et optiques complémentaires.
Dans un premier temps, les différentes briques élémentaires, constitués de brins d'ADN conjugués à des modules structurants polyfonctionnels (cyclodextrines, peptides, cages moléculaires, dendrimères,...), seront synthétisées (par couplage covalent type « Chimie Click »), purifiées puis caractérisées (spectrophotométrie UV-Vis, chromatographies, électrophorèse, spectrométrie de masse). Les architectures 2D/3D seront alors préparées par hybridation sélective et prédictible des fragments d'ADN de séquences complémentaires prédéfinies (processus de recuits contrôlés). Une fois assemblées et parfaitement caractérisées (par AFM, TEM, SEM), les propriétés et les performances de ces architectures hybrides en tant que surfaces/matériaux sensibles et activables seront alors évaluées (biocapteurs, capteurs gaz, cages moléculaires, nanopores, nanofils métalliques,...).