Rangées de graines.. © Inra, Elena Schweitzer © Fotolia

Nos résultats

Sommaire
  1. Introduction
  2. Impact des traitements thermiques sur la digestion du lait maternel chez le nourrisson prématuré
  3. Recherches et Innovations 2017 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  4. La manière dont les protéines s’agrègent lors d’un traitement thermique module leur capacité sensibilisante
  5. Accroître la survie des probiotiques au séchage en stimulant leur adaptation aux stress
  6. Le pouvoir adhésif deLactococcus lactis: une histoire tirée par les « pili » ?
  7. Quand les biopolymères s'assemblent : un jeu d'énergie et d'entropie.
  8. Toute la digestion gastro-intestinale dans un laboratoire sur puce : le microdigesteur
  9. Dis, comment une goutte de lait devient-elle un grain de poudre ?
  10. Recherches et Innovations 2016 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  11. 13 minutes pour tout savoir sur la qualité des fromages et des recherches qu'elle implique
  12. Un nouveau procédé pour le bio-raffinage du végétal
  13. La membrane bactérienne sous la lumière UV du synchrotron SOLEIL
  14. L’ingénierie inverse ou la machine à remonter… le pain !
  15. Chimie verte : Améliorer la production de lipides chez la levure
  16. Des vins de qualité à teneur réduite en alcool acceptés par le consommateur
  17. Impact des procédés de fractionnement sur la distribution des mycotoxines dans le blé dur
  18. Pâtes aux légumineuses : comment la formule et le procédé confèrent à l’aliment ses qualités nutritionnelles
  19. Contrôler le brunissement des vins blancs par la sélection raisonnée de levures
  20. Des bactéries lactiques pour réduire l’allergénicité de certaines protéines du lait
  21. Eliminer les biofilms avec un détergent enzymatique : une alternative aux traitements à base de soude
  22. Néo-enzymes à façon pour la conception de vaccins antibactériens
  23. RMN : une méthode non destructive pour identifier et quantifier les molécules phosphorées
  24. Marché des viandes transformées : vers une méthode de référence ?
  25. Modélisation mécanique multi-échelle : de l’échelle nanométrique aux propriétés macroscopiques de la mie de pain
  26. Minimoulin : 500 g pour apprécier la valeur meunière des blés
  27. Production microbienne de lipides à usages énergétiques ou chimiques
  28. L'acide férulique, acteur discret mais universel de la construction des parois lignifiées
  29. Eco-conception de matériaux à base de co-produits du bois
  30. L'analyse des composés volatils pourrait permettre d'authentifier le système de production des poulets
  31. Des nanoparticules comme marqueurs de biopolymères en microscopie
  32. Pasteurisation, UHT, microfiltration... Tous les traitements n'ont pas le même impact sur la qualité nutritionnelle du lait
  33. Des rayons X pour caractériser les couches accumulées lors des opérations de filtration
  34. L'intégration des connaissances expertes appliquées à l'affinage des camemberts
  35. Maîtriser la perte de masse des fromages pendant l'affinage
  36. La mémoire de l'amidon
  37. Recherches et innovations 2015 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  38. Comportement des micelles de caséine lors de la filtration du lait
  39. Nouvelle enzyme de dégradation des pectines
  40. Digestion du nourrisson : un modèle permet d’étudier les allergènes alimentaires
  41. Digestion des protéines carnées
  42. Des émulsions modèles de la digestion révèlent l’effet protecteur des polyphénols
  43. Perception de l’astringence : un nouvel éclairage grâce à la spectrométrie de masse
  44. Hautes pressions : Nouvelles voies d'utilisation et de valorisation sur les aliments emballés
  45. Fours à injection de vapeur d’eau : jusqu'à 12% d’économie d’énergie
  46. Nouvelle méthode d’analyse rapide de la qualité des tomates et des abricots
  47. Jambon de Bayonne : des marqueurs de texture et d’arôme pour maîtriser la qualité
  48. Suraccumulation de lipides chez la levure S. cerevisiae : vers une production de biocarburants à usage aéronautique
  49. Fractionner la ventilation des hâloirs de fromagerie : 50% d’économie d’énergie
  50. Connaître la structure de l'amidon pour maîtriser ses applications
  51. L’IRM pondérée en diffusion : un outil générique pour la micro-imagerie des lipides dans les matrices alimentaires
  52. Caractérisation d’un gène majeur de la biosynthèse des anthocyanes dans la baie de raisin
  53. Nouveaux détecteurs d’activités enzymatiques à base de nanocouches semi-réflectives de biopolymères
  54. Vers la connaissance de la structure de la micelle de caséine
  55. Le chauffage du lait semble favoriser le développement de l’allergie chez les nourrissons
  56. Mieux comprendre le pouvoir moussant des protéines en étudiant leur comportement aux interfaces eau-air
  57. Nouveau modèle d’organisation en 3D de la membrane de globules gras du lait
  58. Comment les protéines alimentaires s’auto-assemblent en objets micrométriques
  59. Une nouvelle méthode de séparation permet de déterminer la structure complète de biopolymères
  60. Intérêt des métabolites volatils des produits carnés pour révéler les contaminations des animaux d’élevage aux micropolluants environnementaux
  61. SensinMouth quand le goût fait sens
  62. Un logiciel d’aide au choix d’un emballage pour la filière Fruits et Légumes frais construit sur une démarche d’ingénierie des connaissances
  63. SOLEIL nous éclaire sur la structure des protéines stabilisatrices des réserves lipidiques de plantes oléagineuses
  64. Un zoom sur le processus d’assemblage multi-échelle des protéines 
  65. Maîtrise du séchage de produits laitiers infantiles par la prise en compte des interactions eau-constituants
  66. Maîtriser l’acidité du vin par un procédé électro-membranaire : une nouvelle pratique œnologique autorisée en Europe et dans les pays viticoles du nouveau monde
  67. Stratégies de réduction du taux de sodium dans les aliments
  68. Pour une meilleure persistance de Lactococcus lactis dans le tractus digestif
  69. L’allergie alimentaire au blé : une histoire d’épitopes
  70. Des essais sur un modèle de souris allergiques révèlent le fort potentiel allergisant d’un procédé alimentaire : la désamidation du gluten de blé
  71. Protéger les lipides omega-3 de l’oxydation : le rôle clé des émulsifiants
  72. Quel impact de la cuisson sur la qualité des viandes ? Des images aux modèles mathématiques.
  73. Comment améliorer le pouvoir moussant des protéines ?
  74. Une cellule d’observation sous cisaillement de gels, mousses, pâtes et autres systèmes complexes
  75. Vers une compréhension des mécanismes impliqués dans la synthèse de tanins astringents
  76. Fractionnement du lait : des procédés membranaires éco-performants
  77. Qualité des vins : de l'oxygène un peu, beaucoup, ... pas du tout ?
  78. Obtenir des émulsions très stables sans tensioactifs grâce à des nanocristaux de polysaccharides issus de la biomasse.
  79. Découverte de nouvelles enzymes de dégradation des polysaccharides végétaux dans le microbiome intestinal humain
  80. La cutine de la peau des tomates pour de nouveaux polymères
  81. La texture des fruits : phénotypage et chémotypage de déterminants histologiques et pariétaux
  82. Simulation de la fragmentation orale d'aliments céréaliers fragiles ... Scrountch !
  83. La déglutition, un carrefour physiologique clé pour libérer les arômes 
  84. Un nouveau procédé de cuisson des viandes sous dioxyde de carbone pour réduire l'apparition de composés indésirables
  85. Dénaturation thermique des protéines musculaires par microspectroscopie FT IR localisée couplée au rayonnement synchrotron
  86. Des résines époxy biosourcées, sans bisphénol A, à partir de polyphénols naturels
  87. Structure d'un colloïde naturel : la micelle de caséine du lait
  88. Identification d'une souche d'Aspergillus qui améliore de 20% le rendement en glucose de la biomasse en conditions industrielles
  89. Une enzyme impliquée dans la polymérisation de la cutine
  90. Une farine de blé dur adaptée à la fabrication de baguettes traditionnelles
  91. Le virtuel pour guider la construction d’enzymes « sur mesure »
  92. Jusqu’où est-il possible de réduire la teneur en sel dans les charcuteries cuites ?
  93. Diffusion des molécules organiques dans les matériaux polymères : retour sur les lois connues
  94. Mousse intelligente : différentes manières de détruire une mousse sur demande !
  95. La Datte, riche en tanins et pourtant ni amère ni astringente
  96. Réduire la teneur en sel des aliments
  97. Recherches et innovations 2014

Des nanoparticules comme marqueurs de biopolymères en microscopie

L’interaction d’une molécule avec son environnement (plante, mousse, émulsion, matrice alimentaire…) peut être appréhendée, à condition de pouvoir aisément l’identifier et la repérer au moyen de sondes adéquates. Les quantum dots (cristallites à base de composés semi-conducteurs doués d’une très forte fluorescence) et les nanoparticules d’or sont par exemple utilisés comme sondes pour l’imagerie des systèmes biologiques.

Mis à jour le 17/06/2013
Publié le 11/06/2013
Mots-clés :

Nanoparticules à base d'or ou de quantum dots pour localiser spécifiquement par microscopie la présence de biopolymères dans les systèmes biologiques naturels ou formulés

Les biopolymères sont des polymères largement présents dans le monde végétal ou animal et présentent un intérêt indéniable dans le domaine alimentaire (mousse, émulsions) ou non alimentaire (biomatériaux). Leur étude nécessite des outils d'investigation performants tant pour les caractériser de façon précise que pour les suivre dans leur environnement.
Cependant la détection directe de ces biopolymères est souvent impossible, notamment si on veut utiliser la  microscopie. C'est pourquoi ils sont marqués à l'aide de sondes spécifiquement développées à cet effet.
Parmi elles, les  quantum dots sont définis comme des cristallites à base de composés semi-conducteurs doués d’une fluorescence intense et persistante. Ils sont particulièrement appropriés au suivi dynamique des protéines par microscopie de fluorescence. Une autre façon de suivre les protéines, dans les tissus vivants, est de les faire réagir avec un antigène ou un anticorps sur lequel est greffé une nanoparticule d’or facilement détectable en microscopie électronique.
La stabilité des quantum dots et des nanoparticules d’or contre l’agrégation est un paramètre essentiel en vue de leur manipulation et de leur utilisation pour l’imagerie des systèmes biologiques. La plupart des agents stabilisant actuellement utilisés sont des molécules de synthèse dont la production est potentiellement toxique pour l’environnement. C'est pourquoi nous avons utilisé des acides gras issus des produits de l’agriculture.

Des nanosomes d'origine végétale pour la synthèse contrôlée des nanoparticules

Lors de travaux antérieurs, nous avions montré que des acides gras hydroxylés en position terminale forment en solution aqueuse des micelles.Cependant, du fait du groupement hydroxyle, ces micelles ont un caractère particulier puisqu’elle possèdent un cœur hydrophile (figure 1). Nous avons nommé ces micelles ‘nanosomes’ de part leur taille et par analogie avec les liposomes. Ces nanosomes représentent des nano-containers susceptibles de piéger et protéger des biomolécules et nous avons pensé à les utiliser comme agent de stabilisation dans le cas des quantum dots et des nanoparticules d’or.
    
 
Figure 1 : acide junipérique (WOH), dérivé mercapto (WSH) et illustration des nanosomes en solution aqueuse.. © Inra
Figure 1 : acide junipérique (WOH), dérivé mercapto (WSH) et illustration des nanosomes en solution aqueuse. © Inra

Préparer des quantum dots stables dans l'eau en variant la taille des nanosomes

Nous nous sommes principalement intéressés à faire varier la longueur de la chaîne aliphatique de l’acide gras mercapto-hydroxylé utilisé ainsi que la nature du contre-ion utilisé pour former des nanosomes. L’optique était de moduler la stabilité des quantum dots en fonction de l’interface du nanosome. Nous avons ainsi démontré la possibilité de construire des systèmes micellaires formés par l’association entre des acides gras de différentes longueurs 3, 11 ou 16 carbones et des contre-ions dont l’encombrement stérique varie (tetrabutyl, tetrapropyl, tetraethyl, tetramethyl ammonium).

Les dispersions colloïdales de CdS et de CdSe émettent dans le visible et sont fortement fluorescentes sous irradiation UV (figure 2a). Les caractérisations par microscopie électronique et à force atomique (AFM), UV-visible et RX réalisées sur les quantum dots purifiés démontrent que la méthode employée aboutit à la formation de particules hybrides, dont la taille varie de 1 à 5 nm selon le colloïde utilisé, et structurées par la présence d’un cœur cristallin et d’une couronne organique.

Des quantum dots à base de séléniure de cadmium (CdSe) et de sulfure de cadmium (CdS) (figure 2b et 2c) ont ainsi été synthétisés, purifiés et isolés sous forme de poudre. Nous avons observé que la nature du milieu micellaire conditionne la stabilité à long terme de ces quantum dots colloïdaux. Aucune agrégation des nanoparticules de CdS et de CdSe n’est perceptible après plusieurs mois lorsqu’elles possèdent les chaînes alkyles les plus longues alors qu’un déplacement de l’émission de fluorescence vers le rouge, signe d’agrégation, est perceptible pour les chaînes les plus courtes.
    
Figure 2 :(a) Photographies de solutions de quantum dots de séléniure de cadmium stabilisés (par trois types de nanosomes) émettant dans le visible (a1, a2, a3) et en fluorescence (a1’, a’2, a’3)  ;(b) Quantum dots à base de sulfure de cadmium observées par microscopie à force atomique (AFM) et(c) observés par microscope électronique à transmission.. © Inra
Figure 2 :(a) Photographies de solutions de quantum dots de séléniure de cadmium stabilisés (par trois types de nanosomes) émettant dans le visible (a1, a2, a3) et en fluorescence (a1’, a’2, a’3) ;(b) Quantum dots à base de sulfure de cadmium observées par microscopie à force atomique (AFM) et(c) observés par microscope électronique à transmission. © Inra

Des nanosomes de compositions variées pour préparer des nanoparticules d'or

Nous avons développé plusieurs méthodes de préparation de nanoparticules d’or en utilisant de l’acide junipérique (WOH) mais également son dérivé mercapto (WSH) (fig. 1). En mélangeant ces deux molécules en proportions différentes, nous avons pu synthétiser des nanoparticules d’or de diamètre variable de 1 à 10 nm (fig. 3). Plus la proportion de WSH est forte, plus la nanoparticule d’or est petite, cette molécule agissant alors comme un agent ‘bloquant’ la croissance des nanoparticules d’or lors de leur synthèse.

Une deuxième méthode consistait à utiliser uniquement l’acide junipérique sans réducteur. En chauffant les solutions, des nanoparticules d’or de 5 nm se forment au bout de quelques minutes. Dans tous les cas, elles sont stabilisées par une enveloppe d’acide gras qui les protège de la précipitation avec une structure analogue à celle des quantum dots.
Nous avons montré également qu’il est possible de transférer ces nanoparticules d’or dans des solvants organiques ce qui peut avoir un intérêt pour certaines applications. Dans ce sens, nous avons commencé des essais de formulation d’émulsions.

Figure 3 : nanoparticules d’or observées en microscopie à transmission électronique et représentation schématique d’une nanoparticule d’or incorporée dans un nanosome.. © Inra
Figure 3 : nanoparticules d’or observées en microscopie à transmission électronique et représentation schématique d’une nanoparticule d’or incorporée dans un nanosome. © Inra

De futures applications en imagerie

Nous projetons maintenant d'utiliser la capacité de contrôler la synthèse de nanoparticules, par variation de la taille et/ou de la composition de nanosomes d'origine végétale, pour réaliser des applications en imagerie. Pour cela, les quantums dots et les nanoparticules d'or seront couplés à des biopolymères ou à des anticorps pour suivre leur évolution dans des systèmes naturels ou modèles d'intérêt agroalimentairesParallèlement, le protocole ainsi établi sera appliqué à la synthèse d’autres quantums dots dont les caractéristiques de fluorescence complèteront celles des quantum dots déjà réalisées.

Un partenariat entre chimistes, physicochimistes et physiciens

Travaux conduits à l'Unité Biopolymères, Interactions, Assemblages de l'INRA de Nantes, en partenariat avec :
Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS) Pessac : caractérisation des assemblages par diffusion de neutrons.
Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay : expérimentations.
Laboratoire de Catalyse en Chimie Organique de l’Université de Poitiers : application en synthèse organique.
L’Institut des Matériaux de Nantes : caractérisation physico-chimique des quantum dots
UMR CNRS 6230-’Université de Nantes : pour la modification chimique des quantum dots.