Contrôler les bulles pour comprendre leurs interactions avec les microorganismes

Publié par Adrien le 19/10/2021 à 09:00
Source: CNRS INSIS
Les interactions entre les bulles d'air et les microorganismes jouent un rôle essentiel pour le bon fonctionnement de ces derniers et peuvent influencer leur mouvement et propagation dans les milieux. Des chercheurs et chercheuses de laboratoires français et de l'ETH Zurich ont développé une nouvelle technique, mêlant microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) atomique et microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont...), pour scruter ces phénomènes en détail. Ces travaux ont été appliqués à l'étude d'une bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...), d'une microalgue et d'une levure (Une levure est un champignon unicellulaire apte à provoquer la fermentation des matières...).


La technologie FluidFM repose sur un levier (cantilever) qui contient un canal microfluidique connecté à un contrôleur de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) et disposant d'une ouverture circulaire de 8 µm de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...). Ce canal est rempli d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) et immergé dans un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). En appliquant une pression positive dans le canal microfluidique, une bulle d'air peut être formée au niveau de l'ouverture du levier.© TBI (CNRS/Inrae/INSA Toulouse)

En suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) ou sous forme de films immergés, les cellules biologiques interagissent avec les bulles d'air. On retrouve ces échanges dans différents procédés, comme la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) de microorganismes ou leur culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) en bioréacteur. La microscopie à force atomique (AFM) est une technologie de choix pour l'étude des interactions entre les bulles et les biosurfaces, mais elle reste limitée par des problèmes de taille et d'instabilité des bulles. Elle fonctionne en effet avec de grosses bulles qui, à cause de l'équilibrage des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) dans l'eau, rétrécissent rapidement: les mesures sont donc faussées, car faites avec des bulles de tailles trop variables pour être comparées.

Des chercheurs et chercheuses du Toulouse Biotechnology Institute (TBI, CNRS/INSA Toulouse/Inrae), du Laboratoire d'analyse et d'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des systèmes (LAAS-CNRS, CNRS) et de l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich, Suisse) ont combiné l'AFM et la microfluidique pour produire des bulles d'air microscopiques, stables et dont la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) peut être fonctionnalisée. Ces résultats sont publiés dans la revue Journal of Colloid and Interface Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...).

Pour cela, l'équipe a utilisé le système commercial (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.) FluidFM de façon originale. Il est basé sur des leviers AFM contenant un canal microfluidique, lui-même relié à un générateur de pression très précis. La technique développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) par les chercheurs consiste à remplir ce canal microfluidique d'air, puis à l'immerger dans un liquide. Une pression positive appliquée dans le canal permet ainsi de former des bulles, dont la taille est variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) en fonction de cette pression.

Trois microorganismes modèles ont été étudiés avec ce système: une microalgue d'intérêt biotechnologique, ainsi qu'une bactérie et une levure pathogènes impliquées dans des infections nosocomiales. Les résultats ont montré, dans le cas des levures, qu'elles interagissaient à la fois via des interactions hydrophobes et électrostatiques avec les bulles, permettant de révéler toute la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) de ces interactions. La technique développée permet également de fonctionnaliser les bulles, c'est-à-dire de recouvrir leur surface avec des molécules permettant de contrôler leur comportement.

L'équipe a ainsi réussi à moduler les interactions de bulles avec des bactéries. Les scientifiques appliquent à présent ces travaux à la séparation de microalgues d'un milieu liquide, une des étapes les plus coûteuses des procédés de production de microalgues à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...).

Références:
Probing the interactions between air bubbles and (bio)interfaces at the nanoscale using FluidFM technology.
Irem Demir, Ines Lüchtefeld, Claude Lemen, Etienne Dague, Pascal Guiraud, Tomaso Zambelli, Cécile Formosa-Dague.
Journal of Colloid and Interface Science, 604 (2021), 785-797.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.07.036
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