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Université Sciences et Technologies - Bordeaux I (04/12/2000), Aimé Jean-Pierre (Dir.)
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Analyse de la microscopie de force dynamique : application à l'étude de l'ADN
Laurent Nony1

Ce travail concerne l'étude de molécules d'ADN avec un microscope à force atomique utilisé en « contact intermittent ». L'objectif poursuivi est de réaliser des mesures locales d'interaction et de mécanique sur une chaîne d'ADN. Le microscope est sensible aux forces d'interaction entre une pointe de dimension nanométrique et l'objet ou la surface à analyser. En mode dynamique, la pointe oscille au voisinage de la surface à des fréquences de quelques centaines de kilohertz et des amplitudes de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Ce comportement peut devenir non-linéaire selon l'intensité de l'interaction et des conditions d'oscillation. Varier ces conditions en termes d'amplitude ou de fréquence constitue une opportunité de contrôler cette interaction. Nous mettons ainsi en évidence la possibilité d'imager une seule molécule d'ADN selon différents modes d'interaction : pur attractif, pur répulsif et un mélange des deux. Par ailleurs, le microscope de force dynamique n'est pleinement efficace que dans le cadre de la maîtrise de l'interaction de la pointe avec l'objet. La qualité de l'échantillon et celle de la pointe doivent être contrôlées à l'échelle des mesures. Des expériences préliminaires ont amené à retenir des substrats de silice greffés avec des molécules de silanes. Concernant les molécules d'ADN, trois types de séquences ont été étudiés. Une longue chaîne de 2500 paires de bases (pb) comportant une succession de séquences non périodique, une séquence de 450pb constituée d'Adénine sur un mono-brin et de Thymine sur le brin complémentaire et une chaîne de même longueur, mais constituée d'une alternance d'Adénine et de Thymine sur chaque mono-brin. Ces échantillons sont intéressants par la diversité des caractéristiques mécaniques attendues. L'exploitation expérimentale des différents régimes permet de révéler des informations géométriques, mécaniques et physico-chimiques sur les conformations des molécules.
1:  Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne
Microscopie de force dynamique – Contact intermittent – Non-contact – Dynamique non-linéaire – ADN – Superstructures de l'ADN – Silices silanisées – Interactions ADN/surface.

Analysis of the dynamic force microscopy : application to the study of D.N.A.
This work aims at studying various DNA molecules with an atomic force microscope in the Tapping mode. DNA mechanical properties and its interaction with the surface at the nanometer scale are investigated. The microscope is sensitive to the interaction forces between a nanotip and an object or a surface. In the Tapping mode, the tip oscillates close to the surface at a drive frequency of about a few hundred kilohertz and with amplitudes of a few ten nanometers. The dynamic behavior of the oscillator may become non-linear depending on the strength of the tip-surface interaction and the oscillations conditions. Varying the drive frequency or the drive amplitude gives the opportunity to control the strength of the tip-surface interaction. Thus it's shown that a single DNA molecule may be imaged using various interaction modes : a pure attractive one, a pure repulsive one and a mixing of the two. In addition, it is shown that to extract quantitative information from DNA images requires to control the size and pollution of the tip, but also the quality of the surfaces on which the DNA is deposited. Following that way, silica surfaces were grafted with silanes molecules. Three different kinds of DNA molecules were studied. A long chain of 2500 non periodic bases pairs (bp), a shorter chain of 450bp made of Adenine bases on a single strand and of Thymine ones on the complementary strand and a chain with the same length, but made of alternated Adenine and Thymine bases on each strand. The experimental use of various regimes provides geometrical, mechanical and physicochemistry information about the conformations of the chains.
Dynamic force microscopy – Intermittent contact – Non-contact AFM – Non-linear dynamics – DNA – DNA supercoils – Silanized silica – DNA-surface interactions.

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