Laboratoire Léon Brillouin

UMR12 CEA-CNRS

Bât. 563 CEA Saclay

91191 Gif sur Yvette Cedex

France

llb-sec@cea.fr

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Analyse de la compaction de l'ADN par des peptides amyloides bactériens
Understanding DNA condensation induced by bacterial Amyloids

Spécialité

Biophysique

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31-07-2017

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

ARLUISON Véronique
+33 1 69 08 32 82

Résumé/Summary

Nucleoid associated proteins NAPs are regulators of bacterial gene expression. As architectural proteins, they change the mechanical properties of DNA. We aim to understand how bacterial amyloid self-assemblies can influence DNA compaction.

Sujet détaillé/Full description

Hfq is a bacterial pleiotropic regulator that mediates several aspects of nucleic acids metabolism. The protein notably influences translation and turnover of cellular RNAs. Although most previous contributions concentrated on Hfq’s interaction with RNA, its association to DNA has also been observed. With this project, we want to focus on DNA-compacting properties of Hfq. Various experimental technologies, including fluorescence microscopy imaging, atomic force microscopy, small angle neutron scattering and IR Nanospectroscopy will be used to follow the assembly of Hfq on DNA. In particular, we would like to evaluate how Hfq amyloid region helps to form a nucleoprotein complex in order to compact DNA into a condensed form and how it changes the mechanical properties of the double helix. The conclusions will be paramount to understand the implications of this protein in gene regulation.
Further reading:
K. Jiang, C. Zhang, D. Guttula, F. Liu, J. A. van Kan, C. Lavelle, K. Kubiak, A. Malabirade, A. Lapp, V. Arluison, and J. R. C. van der Maarel, Effects of Hfq on the conformation and compaction of DNA, Nucleic Acids Research 43, 4332-4341 (2015).
J. R. C. van der Maarel, D. Guttula, V. Arluison, S. U. Egelhaaf, I. Grillo, and V. T. Forsyth. Structure of the H-NS-DNA nucleoprotein complex, Soft Matter 12, 3636-4220 (2016)

Mots clés/Keywords

Molecular Biology, Biochemistry

Compétences/Skills

Molecular Biology, Biophysics, Biochemistry
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Ordre magnétique dans les nanostructures à base de chrome
Magnetic ordering in chromium nanostructures

Spécialité

Physique de la matière condensée

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28-04-2017

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BATAILLE Alexandre
01 69 08 58 98

Résumé/Summary

L'objectif de ce stage est d'explorer les possibilités des matériaux antiferromagnétiques comme couches actives au sein de dispositifs spintroniques. Pour ce faire, nous étudierons un système modèle, à savoir des réseaux de nano-plots et nanofils de Cr épitaxiés, dont nous déterminerons l'ordre magnétique par diffraction de neutrons.
The aim of this internship is to unravel the possibilities of antiferromagnets as active layers in spintronics devices. In order to do so, we will focus on a model system, namoely nano dots and nanowires of Cr obtained from Cr epitaxial thin films through lithography. We will determine the magnetic ordering by neutron diffraction.

Sujet détaillé/Full description

Le développement de l'électronique de spin a fourni depuis deux décennies une grande impulsion aux travaux portant sur les couches minces magnétiques, permettant à la fois des avancées significatives du point de vue fondamental et le développement d'applications dans le domaine du stockage de données. L'essentiel de l'effort de recherche s'est porté sur les matériaux ferro et ferri-magnétiques. Les matériaux antiferromagnétiques (ordonnés mais sans aimantation macroscopique) ont toutefois joué un rôle d'appoint dans le développement des dispositifs, en permettant de modifier la coercivité des matériaux ferromagnétiques via le mécanisme de décalage d'échange. Il a cependant été récemment proposé de faire jouer aux matériaux antiferromagnétiques (qui constituent la grande majorité des matériaux magnétiquement ordonnés) un rôle plus actif , étant donné qu'une significative amélioration des performances des dispositifs est attendue.
Dans ce cadre, nous avons choisi d'étudier des structures basées sur des films de Cr épitaxiés sur MgO (voir figure 1), qui constituent un système modèle . Le chrome est en effet l'archétype du métal antiferromagnétique, qui peut manifester deux types d'ordre magnétique (antiferromagnétique simple ou structure modulée appelée onde de densité de spin ou ODS). La diffraction de neutrons est la technique de choix pour étudier ce type d'ordre, puisqu'il est possible d'associer une figure de diffraction à chacune de ces structures magnétiques (voir figure 2). Pour pouvoir analyser les données de futurs dispositifs à transfert de spin, il est essentiel de déterminer l'ordre magnétique lorsque la taille latérale des dispositifs devient comparable à la période magnétique du Cr. Nous nous proposons donc d'étudier par diffraction de neutrons et diffusion de neutrons aux petits angles des réseaux de plots et de fils de Cr de taille latérale comprise entre 200 et 500 nm. C'est cette étude que nous proposons de réaliser au laboratoire Léon Brillouin dans le cadre d'un stage de M2.
The rise of spintronics has provided huge momentum to magnetic thin films studies, both from the basic and applied point of view. Most of the research effort has been devoted to ferro- and ferrimagnetic materials, yet antiferromagnets (materials which exhibit magnetic ordering but no net magnetic moment) have been used in a complementary role in devices, since they allow to tune the coercivity of ferromagnets through exchange bias. Recently, proposals have been made to cast antiferromagnets (which constitute the vast majority of magnetic materials) in a more active role, since the performance of antiferromagnet-based devices are expected to be significantly improved compared to usual spintronics devices relying on ferromagnets. The field of antiferromagnet spintronics is now in its infancy and a better understanding of antiferromagnetic thin films is mandatory to build efficient devices. In this framework, detailed studies on model systems are urgently required.
We have undertaken the study of Cr(001) films epitaxially grown on MgO, both isolated and included in nanostructures. We have obtained a very fine understanding of the physical properties of unpatterned Cr films and heterostructures (see the PhD thesis of M.-A. Leroy, Université de Lorraine, 2013), and now wish to study Cr nano-wires and nanodots, which are closer to what real AF spintronics devices may look like. The aim of this internship will be to study the magnetic ordering of arrays of nanowires and nanodots (laterial size in the 200-500 nm range) through neutron diffraction and small angle neutron scattering at LLB. Both techniques are among the very few to give a direct access to the magnetic properties of antiferromagnets. Another topic of the internship could be to study Cr films deposited on piezoelectric substrates, thus allowing an electrical control of AF ordering.

Mots clés/Keywords

Spintronique, nanomagnétisme, antiferromagnétisme
Spintronics, nanomagnetism, antiferromagnets

Compétences/Skills

Diffraction et diffusion de neutrons, diffusion de neutrons aux petits angles, croissance de films mince épitaxiés (par MBE), diffraction des rayons X
Neutron scattering, epitaxial thin film growth (by MBE), X-ray diffraction

Logiciels

Matlab
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Membranes nanoporeuses fonctionnalisées par greffage de polymère : de l’organisation moléculaire aux propriétés macroscopiques.
Polymer grafted nanoporous membranes : from molecular organization to macroscopic properties

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28-04-2017

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CHENNEVIERE Alexis
+33 1 69 08 97 00

Résumé/Summary

L'objectif de ce stage est d'étudier la conformation de chaînes de polymère greffées dans des pores de membranes nanoporeuses d’oxyde d'aluminium par diffusion de neutrons afin d'apporter une approche à l'échelle moléculaire permettant de comprendre les propriétés de transports de membranes fonctionnalisées .
This project aims to study the conformation of end-grafted polymer chains within aluminum oxide nanoporous membrane by using Small Angle Neutron Scattering in order to deliver a molecular approach allowing to understand the transport properties of functionnalized nanoporous membranes.

Sujet détaillé/Full description

Les membranes d’oxyde d'aluminium sont l'un des "nanomatrériaux" les plus populaires du fait de leur simple et peu onéreuse méthode de fabrication. Ces membranes sont utilisées dans de nombreuses applications technologiques telles que les capteurs, la séparation moléculaire, les cristaux photoniques, la catalyse, la production d'énergie, l'administration de médicaments ... Des recherches récentes ont mis l'accent sur le contrôle de la fonctionnalité de surface des nanopores de ces membranes. Par exemple, plusieurs études ont montré que le greffage ou l'adsorption des chaînes de polymère au sein des pores peuvent influencer de manière significative l'écoulement des liquides simples, le taux de translocation de chaînes de polymère ou encore la conductivité ionique. Ces propriétés physiques sont intéressantes tant du point de vu fondamental que du point de vue des applications. Grâce au greffage polymères stimulables, il est possible de fabriquer des membranes dont les propriétés macroscopiques peuvent être réglées par un stimulus adéquat (PH, température, lumière, champ électrique ...). Dans de tels systèmes, le stimulus est supposé modifier la conformation des chaînes greffées, ce qui induit une modification des propriétés macroscopiques, mais il n'y a à notre connaissance, aucune preuve expérimentale directe de cette hypothèse.
Ici, nous proposons d'utiliser la diffusion de neutrons aux petits angles pour sonder la conformation des chaînes de polymère greffées dans les nanopores afin d'observer à l'échelle moléculaire un tel changement d'organisation.
Dans un premier temps, le stage aura pour objectif de contrôler le greffage des chaînes de polymère fonctionnalisées au sein des nanopores grâce à un ensemble de différentes techniques disponibles dans le laboratoire tels que diffusion des rayons X et la spectroscopie infrarouge.
Dans une deuxième étape, nous utiliserons la diffusion de neutrons disponible au LLB afin d'accéder au changement de conformation des chaînes de polymère greffé.
Enfin, nous sommes en train de construire un dispositif expérimental permettant de mesurer la perméabilité de ces membranes. Le couplage de ces mesures macroscopiques avec les données de diffusion des neutrons devrait approche moléculaire sur les propriétés de transport de nanopores greffées.

P. S. : Les étudiants désireux de poursuivre ce projet en doctorat sont les bienvenus.
Nanoporous anodized aluminum oxide membrane (AAO) is one of the most popular nanomaterials because of its simple, cheap and well controlled fabrication process. It has been used in numerous technological applications such as sensors, molecular separation, photonic crystals, catalysis, energy generation, drug delivery… Recent researches have focused on the control of the surface functionality of AAO nanopores. For example, several studies showed that grafting or adsorbing polymer chains within the pores can influence significantly the flow of simple liquids, translocation rate of polymer chains or even ionic conductivity. These physical properties are both interesting on the fundamental and applied point of view. First, by grafting responsive polymer, one can make a so called “smart membrane” which macroscopic properties can be tuned by the adequate stimulus (PH, temperature, light, electric field…). In such systems, the stimulus is assumed to change the conformation of the grafted chains, inducing a change in the macroscopic properties but there is to our knowledge no direct experimental proof of this assumption.
Here, we propose to use the small angle neutron scattering to probe the conformation of end-grafted polymer chains within nanopores and observe how an external stimulus can change it.
The first part of the internship will consist in controlling carefully the grafting procedure of end-functionalized polymer chains within nanopres thanks to a set of different techniques available in the lab such as X-ray scattering and infrared spectroscopy.
In a second step, small angle neutron scattering will be performed at LLB in order to access the change in conformation of the grafted polymer chains.
Finally, we are currently building an experimental setup allowing to probe the fluid permeability of this membrane. The coupling of these macroscopic measurements with neutron scattering data should give a molecular insight on the transport properties of grafted nanopores .

P. S. : Students willing to pursue this project for a PhD are very welcome.

Mots clés/Keywords

Nanomatériaux, physique des polymères, diffusion de neutrons et rayons X
Nanomaterials, polymer physics, neutron and X ray scattering

Compétences/Skills

Diffusion de neutrons aux petits angles Diffusion de rayons X greffage de polymères Spectroscopie infrarouge Analyse thermogravimétrique.
Small angle neutron Scattering Small angle X Ray Scattering polymer grafting Infrared Spectroscopy Thermogravimetric analysis

 

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