Rhéologie Micronique

Rhéologie micronique : propriétés d’adhésion de micro-organismes aux interfaces

Une recherche fondamentale sur la structure et les propriétés énergétiques à l’échelle micronique des fluides gélifiés est développée. Cette recherche concerne aussi bien le volume que l’interface avec les parois des fluides au repos et sous écoulement. Une instrumentation de pince optique (Fig. 1) développée au Laboratoire de Rhéologie, associant un microscope inversé de haute résolution et la micromanipulation d'objets par faisceau lumineux, a été mise en œuvre.

Une première action a été menée sur la thématique de l’adhésion de micro-organismes aux interfaces. Ces travaux de recherche ont deux applications directes dans notre quotidien. Ils visent premièrement à améliorer la sécurité du point de vue de la contamination biologique en industries agro-alimentaire. Deuxièmement, ils s’intéressent à l’optimisation et l’intensification des procédés biologiques par biofiltration.

Ainsi l’étude de l’adhésion à l’échelle locale du micro-organisme et aux premiers instants de l’adhésion a pour but de comprendre comment et pourquoi ces objets biologiques adhèrent sur les surfaces. Par ailleurs on s’intéresse à l’évolution de la structuration de biofilms sous écoulement au cours du temps et les couplages hydrodynamiques et rhéologiques qui en résultent.

Un premier travail a été effectué sur l’identification des mécanismes impliqués dans l’adhésion de levures Saccharomyces cerevisiae sur un support en verre à l'échelle du micro-organisme au moyen d'une pince optique. Une étude des mécanismes d’adhésion au contact initial a été effectuée et montre qu’en fonction de la force ionique et pour un déplacement parallèle à la surface de verre, la levure adhère selon différents modes successifs : le glissement, le roulement et l’immobilisation (Fig. 2). Ces observations sont analysées au travers des prédictions DLVO et suggèrent l’intervention de forces de contact dites spécifiques (Castelain et al. 2007).

Une deuxième étude a permis de montrer la croissance du nombre de levures adhérées avec l’augmentation de la force ionique (NaCl) et du temps de contact et fournit des mesures quantitatives de force de détachement (fig. 3). En complément de cette étude, des mesures de forces et un comptage de levures adhérées, ont été effectués et ont permis de mettre en évidence l'impact de paramètres environnementaux sur l’adhésion de la levure Saccharomyces cerevisiae sur le verre (Castelain et al. 2008, 2012).

Références

• Castelain M., Pignon F., Piau J.M., Magnin A., Mercier-Bonin M. and Schmitz P., "Removal forces and adhesion properties of Saccharomyces cerevisiae on glass substrates probed by optical tweezer", The Journal of Chemical Physics, 127, 135104 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2772270

• Castelain M., Pignon F., Piau J.M. and Magnin A., "The initial single yeast cell adhesion on glass via optical trapping and Derjaguin - Landau - Vervey - Overbeek predictions", The Journal of Chemical Physics, 128(13), 135101 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2842078

• Castelain M., Rouxhet P.G., Pignon F., Magnin A. and Piau J.M., "Single-cell adhesion probed in-situ using optical tweezers: A case study with Saccharomyces cerevisiae", Journal of Applied Physics, 111, 114701-1-114701-13 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4723566

• Castelain M. "Rhéologie micronique : adhésion de levures Saccharomyces cerevisiae sur le verre", thèse de l’Institut National Polytechnique de Grenoble (2007).