Parution

Nous avons mis en évidence l'origine de cette dynamique intermittente en créant une feuille biomimétique avec les éléments de base des feuilles réelles. Des éléments cruciaux du réseau des nervures sont les ponctuations, qui sont des rétrécissements nanométriques entre les cellules conduisant la sève ; nous les avons reproduites en insérant des constrictions entre des canaux microfluidiques plus larges, le tout inséré dans un matériau flexible et perméable à l'eau, comme le corps des feuilles.

Nous avons retrouvé une dynamique de séchage intermittente, caractérisée par un arrêt de l'embolie dans la constriction suivi d'un saut brutal à la sortie de la constriction. Nous avons montré que cette dynamique provient de deux phénomènes : l'accrochage d'une interface air/liquide sur les coins de la constriction, et la déformabilité du canal sous l'effet de la diminution de la pression de l'eau pendant la phase d'accrochage. Ainsi, dans les végétaux, les ponctuations jouent le rôle de piège capillaire à embolies... mais seulement pendant un temps limité.

Référence
Keiser, L., Marmottant, P., & Dollet, B. (2022). Intermittent air invasion in pervaporating compliant microchannels. Journal of Fluid Mechanics, 948, A52.

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Pour étudier à loisir les bulles toriques, nous les avons capturées dans des cages imprimées en 3D par la technique DLP, avec des ouvertures suffisamment petites pour empêcher l’eau d’entrer. Nous avons montré que leur fréquence de résonance est plus haute lorsque les tores sont fins, c’est à dire quand leur petit rayon devient très petit devant leur grand rayon. Ces bulles peuvent être assemblées pour produire des champs acoustiques originaux: par exemple dans un tunnel d’anneaux. 

Sous la mer, il est possible que les dauphins connaissent déjà ces propriétés acoustiques, car ils émettent souvent des sons lorsqu’il les produisent. Ils devraient être capable de détecter un glissando vers les hautes fréquences lorsque le tore s’agrandit et s’affine pendant son ascension.

Référence
M. Alloul, B. Dollet, O. Stephan, E. Bossy, C. Quilliet, and P. Marmottant Acoustic resonance frequencies of underwater toroidal bubbles Physical Review Letters 129, 134501 (2022)

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Dans cette étude, nous avons analysé la migration de cellules cancéreuses (avec un potentiel métastatique plus ou moins importante) dans des gel fibreux de collagène. Cette étude a été réalisée sous microscope confocal en observant simultanément le cytosquelette d’actine et les fibres du collagène. Les champs de déplacement des fibres de collagène sont déterminés à partir d’une méthode de corrélation de phase. L’analyse de la forme cellulaire en parallèle avec le déplacement des fibres de collagène montre que les cellules les plus invasives sont caractérisées par une grande diversité de forme. Ces cellules produisent les plus grands déplacements de fibres et ceci quelle que soit la rigidité du gel de collagène. L’analyse détaillée des mouvements cellulaires a prouvé le fait que ces cellules cancéreuses étaient également capables de présenter différents phénotypes (mésenchymateux et amiboïde) en fonction de leur potentiel métastatique. Nous avons montré que les cellules peuvent pousser et/ou tirer sur les fibres de collagène afin de déformer de manière efficace le collagène et, de plus, les plus grands déplacements des fibres de collagène sont corrélés à la proximité de régions riches en actine.

Figure : Déplacements 3D des fibres de collagène autour d’une cellule cancéreuse en migration. La forme initiale de la cellule 3D est affichée en gris. La longueur et la couleur des vecteurs indiquent l’amplitude du déplacement en µm. Les grilles x, y et z sont en µm.

Voir en ligne : Laforgue, L., Fertin, A., Usson, Y., Verdie C. & Laurent V. Efficient deformation mechanisms enable invasive cancer cells to migrate faster in 3D collagen networks. Sci Rep 12, 7867 (2022)

• En savoir plus sur Mécanismes de migration des cellules cancéreuses

Nous avons donc proposé de combiner la FFS avec le photoblanchiment et avons démontré théoriquement que, quelle que soit la distribution initiale des marqueurs fluorescents individuels sur les entités à compter, la brillance (mesurée par FFS) décroît toujours linéairement, fournissant ainsi deux résultats : la brillance des marqueurs fluorescents individuels et un paramètre dépendant de la moyenne et de la variance de la distribution de ces marqueurs sur les entités à compter. Nous avons expérimentalement démontré cette nouvelle méthode en utilisant une monocouche de streptavidines (faisant office de base d’accueil pour des échantillons biomimétiques) pour estimer la densité de surface de streptavidines, puis celle de molécules de biotines qui viennent s’y lier. La densité de la monocouche de streptavidine estimée avec notre nouvelle méthode s’avère en excellent accord avec des mesures, totalement indépendantes, par spectroscopie ellipsométrique.

Nous présentons une nouvelle méthode, auto-calibrée et appelée pbFFS (pour photobleaching fluctuation fluorescence spectroscopy) dont l’objectif est de caractériser des molécules ou des particules marquées avec une distribution inconnue de fluorophores. Grâce au photoblanchiment, qui joue le rôle d’un paramètre de contrôle, la méthode pbFFS fournit des informations sur la distribution des marqueurs fluorescents et une estimation fiable de la densité ou de la concentration absolue des molécules d’intérêt. Nous faisons la démonstration théorique complète du principe de la méthode pbFFS et la mettons également en œuvre pour mesurer la densité de surface d’une monocouche de molécules de streptavidine, marquées en fluorescence et qui est utilisée comme couche de base pour élaborer des systèmes biomimétiques. La densité de surface mesurée par pbFFS est cohérente avec les résultats de l’ellipsométrie spectroscopique, une technique classique pour les surfaces. Cependant, la pbFFS présente deux avantages principaux : elle permet une caractérisation in situ (aucun substrat dédié n’est nécessaire) et peut être appliquée à de faibles masses de molécules adsorbées, ce que nous démontrons ici en quantifiant la densité de molécules de biotine-Atto qui se lient à la couche de streptavidines. Enfin, nous avons également appliqué le pbFFS à des molécules diffusant en solution, afin de confirmer la distribution des marqueurs fluorescents présents trouvée en surface. En conclusion, le pbFFS fournit tout un ensemble d’outils pour étudier les molécules marquées avec un nombre variable de fluorophores, dans le but de quantifier soit le nombre de molécules, soit la distribution des marqueurs fluorescents, ce dernier cas étant particulièrement pertinent pour les études d’oligomérisation.

Voir en ligne : Combining Fluorescence Fluctuations and Photobleaching to Quantify Surface Density” Julius Sefkow-Werner, Elisa Migliorini, Catherine Picart, Dwiria Wahyuni, Irène Wang, and Antoine Delon Anal. Chem.

• En savoir plus sur Combiner les fluctuations de la fluorescence et le photoblanchiment pour quantifier la densité de surface

La corrélation de signaux est une opération fondamentale pour beaucoup d’applications utilisant l’imagerie ou la localisation. En astronomie, les techniques d’interférométrie offrent des images à haute résolution à partir de la corrélation des signaux reçus par différentes antennes ou télescopes. De même, on peut localiser un émetteur radio en mesurant par corrélation les retards relatifs des signaux reçus en différents endroits. Or, les techniques numériques qui réalisent habituellement cette opération sont intrinsèquement limitées par la cadence d’échantillonnage des convertisseurs, ainsi que par la capacité de traitement en temps réel. En pratique, la corrélation numérique ne permet pas de traiter des signaux radio dont la largeur de bande excède quelques centaines de MHz. Pourtant, la largeur de bande est un paramètre important, car elle est notamment synonyme de plus de flux en astronomie, et d’une résolution accrue dans le cas de la localisation d’émetteurs. Des chercheurs du Laboratoire interdisciplinaire de physique (LIPhy, CNRS/UGA) et l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (IPAG, CNRS/UGA) ont mis au point un nouveau concept d’architecture photonique qui calcule en temps réel la fonction de corrélation de signaux radio de manière analogique et qui est adaptée à des signaux ayant une bande passante comprise entre quelques MHz et quelques GHz. Ces résultats sont publiés dans la revue Optica.

Figure : Mesure de la différence de temps d‘arrivée de signaux radiofréquences par corrélation photonique. Le signal dont le spectre est représenté en (a) est émis par l’antenne Tx (b). Deux antennes réceptrices (Rx1 et Rx2) captent le signal et l’envoient dans le corrélateur optique analogique (b). Le maximum de la fonction de corrélation donne la différence de temps de propagation du signal entre l’antenne émettrice et les deux antennes réceptrices. En déplaçant Rx2 (par pas de 1 pouce), on observe une translation de la fonction de corrélation, due à la modification du temps de propagation entre l’émetteur et Rx2 (c).
Ce concept est fondé sur l’interférométrie dite multi-hétérodyne et il consiste à donner en temps réel l’intégralité de la fonction de corrélation de deux signaux en calculant simultanément, pour plus de 200 valeurs de retards relatifs, les coefficients de corrélation croisée entre les signaux. Pour cela, les signaux radio sont transférés dans le domaine optique, puis envoyés dans une paire de boucles dont la fonction est de produire des répliques des signaux d’entrée décalées à la fois temporellement et en fréquence. L’apport principal de la méthode est cette architecture de double boucle qui permet de paralléliser le calcul de la fonction de corrélation. Le pas temporel du corrélateur, qui correspond à la différence des temps de parcours dans les deux boucles, est ajusté de quelques nanosecondes à quelques picosecondes pour traiter des signaux avec une bande passante allant du MHz au GHz. Les chercheurs ont appliqué cette architecture à la localisation d’émetteurs radiofréquences par différence de temps d’arrivée (figure) et obtenu une précision proche de 10 ps pour un temps d’intégration de 100 ms.
Il reste désormais à caractériser les performances de cette architecture pour l’appliquer à la localisation en temps réel d’émetteurs, wifi et téléphones portables par exemple. En astronomie, une expérience préliminaire d’imagerie du soleil par interférométrie radio à 10 GHz sera réalisée à l’IPAG afin d’évaluer l’intérêt de cette technique pour l’imagerie.

Voir en ligne : Multi-delay photonic correlator for wideband RF signal processing. G. Bourdarot, J.-P. Berger, H. Guillet de Chatellus ;Optica, paru le 24 mars 2022.

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Un consortium international comprenant des chercheurs du LIPhy a développé une nouvelle technologie pour rendre ces peptides photo-activables, ainsi en permettant un contrôle spatiotemporel précis des canaux ioniques neuronaux associés à l’excitabilité. Cette technologie ouvre la porte à des nouvelles possibilités de recherche translationnelle et à des applications thérapeutiques à l’aide de la lumière.

Voir en ligne : In vivo spatiotemporal control of voltage-gated ion channels by using photoactivatable peptidic toxins. Montnach J, Blömer LA, et al,  Nat Commun. 2022 Jan 20 ;13(1):417.

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