Modélisation moléculaire
Nos techniques de modélisation moléculaire et de simulations de dynamique moléculaire permettent de décrire les mécanismes d’interactions physico-chimiques dans les matériaux à l’échelle atomique. Nous couvrons les thématiques allant des propriétés des nanomatériaux solides aux molécules biologiques pour des applications en filtration, détection et identification (diagnostic) notamment.
Matériaux nanoporeux
La modélisation moléculaire appliquée à ce type de matériaux permet d’élaborer des membranes semi-perméables nanoporeuses avec des propriétés physico-chimiques nouvelles, par un contrôle, à l’échelle atomique, des dimensions et de la composition chimique (fonctionnalisation).
De plus, la modélisation permet de décrire les mécanismes moléculaires de diffusion et de conductivité d’électrolyte dans ces membranes nanoporeuses. Par exemple, les simulations du procédé d’osmose inverse permettent d’estimer les performances des membranes en termes de perméabilité, de nanofiltration et d’encrassage. La simulation des propriétés élastiques des membranes à l’échelle atomique permet également d’estimer leur stabilité.
Enfin, les performances de ces membranes poreuses comme nanocapteurs pour la détection de molécule unique peuvent être estimées.
Exemples de matériaux
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Membranes 2D : TMD (type MoS2), oxyde de graphène
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Membranes 3D : Silicium, Zéolithes.
Exemples d’application
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Traitement de l’eau : décontamination, dessalement.
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Détection de molécules uniques : protéines, ADN.
Molécules biologiques (Protéines)
La modélisation appliquée aux protéines permet de décrire les relations existantes entre leurs structures 3D à l’échelle atomique et leur fonction biologique. La prédiction de la structure 3D des protéines peut être réalisée avec l’outil d’intelligence artificielle AlphaFold. De plus, la simulation de la dynamique de ces structures moléculaires apporte des informations cruciales pour leur caractérisation. L’étude de l’effet des mutations sur la structure et fonction des protéines est également réalisée.
Enfin, la description des interactions entre protéines, entre protéines et des membranes biologiques ou avec de petites molécules organiques (ligands comme des médicaments, pesticides, etc.) présente un fort intérêt en pharmacologie, et dans les domaines de la médecine, de l’environnement ou de l’alimentation.
Exemples de protéines
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Chaperons (Hsp70, Lo18)
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Protéines intrinsèquement désordonnées (a-synuclein, peptide Ab)
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Enzymes (GST)
Exemples d’application
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Biomarqueurs de maladies (cancer, maladies Alzheimer, Parkinson)
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Bioproduction
Spectroscopie de macromolécules biologiques soumises à un champ électrique ou magnétique
La modélisation des propriétés spectroscopiques vibrationnelles (IR, Raman) est un support indispensable à l’identification d’espèces organiques complexes telles que les macromolécules biologiques. La simulation numérique est également un guide pour l’interprétation de l’excitation et de la manipulation de biomolécules par des champs électriques basses fréquences (sub-THz). En spectroscopie RMN, les calculs du décalage des fréquences de Larmor des isotopes des protéines (chemical shifts) et de la fonction de densité spectrale sont indispensables pour la résolution de structures et l’interprétation de la dynamique des molécules en solution, respectivement.
Exemples de macromolécules biologiques
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Hsp70, conalbumine (IR, Raman)
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gpW, viscotoxine (RMN)
Exemples d’application
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Identification, diagnostic
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Résolution de structures
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Repliement des protéines
Nos méthodes : Dynamique moléculaire classique tous atomes en solvant explicite ou à gros grains ; Modes normaux ; Docking ; Calculs quantiques (DFT) ; Calculs hybrides QM/MM.
Nos équipements : Serveurs de calculs (CPU et GPU) et de stockage hébergés au Data center régional (DCR-BFC).
