Taming the strength of interfacial interactions via nanoconfinement

Mercredi l 13-06-2018

The interaction between two materials A and B placed in intimate contact depends on the number of contacts formed at their interface. The work necessary to separate A and B to an infinite distance increases, in fact, with the number of contacts formed by molecules of A with the molecules of B. Determining the number of contacts is, however, a very challenging task, thus, for practical reasons an approximate value of such quantity is achieved via oversimplified models, known as combining rules.

These models are based on the assumption that the properties of the interface between a material A and a material B can be obtained by combining (= mixing together via a set of equations) properties of the pure material A with properties of the pure material B.

Combining rules are commonly used at both academic and industrial level, often without considering their obvious limitations. Imagine a simple case where a film of material A is placed in contact with a film of material B. In this case, combining rules provide a constant value of the interaction between A and B, regardless of the thickness of the layers of A and B.

In our article, by introducing a reliable method to measure the number of contacts formed at the interface between two materials, we show that the predictions of combined rules are wrong. Working with a system widely used in nanotechnology, a polymer film placed on top of a silicon wafer, we show that the interaction between the polymer and silicon depend on the thickness of the polymer film.

We explain these findings considering that the most important component of the interaction between polymer and silicon is given by van der Waals (vdW) forces. For these forces size does matter: vdW interactions are less strong in the case of thinner films, which is in line with the smaller number of contacts we counted in such samples.

To prove that our argument is quantitatively correct, we calculate the Hamaker constant, a parameter that provides the strength vdW forces. Our experimental results provide a striking correlation between the Hamaker constant and the number of contacts formed by polymer and silicon. Thinner polymer films form less contacts with their substrate because the Hamaker constant get smaller upon reduction of the thickness.

Remarkably, it is possible to vary the Hamaker constant also without changing the thickness of the polymer, as for example, by placing on top of it a different material. We checked that regardless of the geometry used (single polymer film, or polymer film capped with another material) the number of contacts is univocally identified by the Hamaker constant. In the cartoon, we pictured the interaction between a blue building of a material called polystyrene, PS and the ground; snakes indicate the molecules of PS, that are contacting the ground. We show that less contacts of PS on the ground are obtained by reducing the height of the building (left case) or by adding an extra floor (right case), representing a material different than PS.

At a fundamental level, determination and modeling of the interaction of two materials placed in intimate contact should take into account this experimental evidence. On a more applied side, the method described in paper allows tuning the number of contacts – a quantity permitting to control glass transition temperature, crystallization ability, viscosity, ... – without modification of the polymer/substrate pair, even without altering the thickness of the polymer film, which has never been accomplished before.

This work was financed by a PDR project of FNRS of S Napolitano, developed from the observations collected during the master thesis of Caroline Housmans, who graduated in Physics at ULB in 2013.

Taming the Strength of Interfacial Interactions via Nanoconfinement
David Nieto Simavilla, Weide Huang, Caroline Housmans, Michele Sferrazza, and Simone Napolitano
ACS Cent. Sci., Article ASAP

Comment les plantes pourraient mieux résister à la sècheresse ?

Mercredi l 28-03-2018

Dépourvues de système nerveux, les plantes doivent faire appel à divers signaux comme les variations des concentrations intracellulaires de calcium (Ca2+) pour pouvoir percevoir les stimuli environnementaux : malheureusement, peu d'informations existent sur les gènes qui contrôlent ce réseau. Une étude du Laboratoire de Physiologie et de Génétique moléculaire des Plantes (LPGMP, Faculté des Sciences), en collaboration avec l'Université de Milan, fournit de nouveaux éléments.

Le transporteur CCX2 (« CATION Ca2+ EXCHANGER 2 »), localisé dans la membrane du réticulum endoplasmique - compartiment cellulaire relié au noyau- module, par la régulation des concentrations de Ca2+ dans le cytosol et le réticulum endoplasmique, les réponses aux stress osmotiques comme la sécheresse ou le stress salin.

Les plantes dépourvues de la fonction CCX2 sont plus sensibles aux stress osmotiques tandis que celles avec un gain de cette fonction sont plus résistantes. L'impact des mutations de CCX2 sur la dynamique du signal Ca2+ a pu être étudié in vivo grâce à des biocapteurs, protéines fluorescentes sensibles au Ca2+ exprimées dans différents compartiments cellulaires. A ce jour aucun mutant de plante avec une variation (par rapport au type sauvage) mesurable de la concentration en Ca2+ dans le reticulum endoplamisque n'avait été identifié. Le fait que CCX2 soit un facteur limitant de la résistance aux stress osmotiques soutient l'importance des flux de calcium entre le reticulum endoplasmique et le cytosol dans cette réponse.

Cette étude sur un nouvel acteur clé de l'homéostasie intracellulaire du Ca2+, et d'une manière générale l'élucidation des voies de signalisation cellulaire, ouvrent des perspectives pour répondre aux défis agricoles mondiaux, en améliorant la résistance des plantes cultivées.

Ce travail de recherche publié dans la revue PNAS a été principalement réalisé par le Dr Massimiliano Corso, collaborateur scientifique du FNRS au Laboratoire de Physiologie et de Génétique moléculaire des Plantes (LPGMP) du Pr. Nathalie Verbruggen (ULB). Le travail de génétique et de biologie moléculaire a été réalisé au LPGMP (ULB) et celui de microscopie a été réalisé en collaboration avec le Dr Alex Costa de l'Université de Milan (IT) grâce à une short-term fellowship EMBO obtenue par le Dr Corso.

Endoplasmic reticulum-localized CCX2 is required for osmotolerance by regulating ER and cytosolic Ca2+ dynamics in Arabidopsis
Massimiliano Corso, Fabrizio G. Doccula, J. Romário F. de Melo, Alex Costa and Nathalie Verbruggen
PNAS March 26, 2018

Membrane plasmique: un mystère levé!

Mercredi l 21-03-2018

C'est un mystère qui est levé ! En 2003, des chercheurs allemands observent un étrange phénomène en étudiant la membrane des cellules de levures : certaines protéines de la membrane, réparties habituellement de manière homogène, se regroupent en îlots localisés, sans raison apparente. Ce processus n'avait pas pu être expliqué... jusqu'à aujourd'hui !

Une étude publiée par le laboratoire de Physiologie moléculaire de la Cellule du Pr. Bruno ANDRE (Biopark, Gosselies) montre que la membrane plasmique des cellules présente des renfoncements au sein desquels des transporteurs membranaires s'accumulent, ce qui les protège contre un mécanisme général d'élimination des protéines de surface qui s'active dans des conditions de carence nutritionnelle.

Ces transporteurs ainsi préservés subsistent en abondance dans la membrane ce qui leur permet d'assurer efficacement leur rôle dès que les nutriments redeviennent disponibles. L'étude montre également que l'accumulation préférentielle des transporteurs au sein de ces ilots membranaires est déterminée par la conformation tridimensionnelle de ces protéines, et qu'un changement de cette structure induit leur dissipation rapide au sein de la membrane.

Cette étude menée sur la levure ouvre des perspectives de recherche sur des microdomaines similaires encore mal connus et présents dans la membrane des cellules humaines. Ce travail de recherche publié dans la revue PNAS a été principalement réalisé par le Dr. Christos GOURNAS, Chargé de Recherche au FNRS, en collaboration avec le Centre d'Imagerie CMMI du Biopark de Gosselies et le Dr. D. Tyteca de l'Institut de Duve de l'UCL.

Conformation-dependent partitioning of yeast nutrient transporters into starvation-protective membrane domains

Référence Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

Les volcans sensibles aux cycles lunaires

Mardi l 27-02-2018

Les volcans seraient sensibles au cycle lunaire. C'est la conclusion étonnante d'une étude de Corentin Caudron, chercheur au Laboratoire G-TIME de la Faculté des Sciences de l'ULB, et de ses collègues de la Nasa et de la Brown University (USA). Publiée dans Nature Scientific Reports, cette étude se penche sur l'éruption surprise du volcan néo-zélandais Ruapehu en 2007.

Le volcan Ruapehu a connu éruption surprise en 2007. Les vibrations enregistrées sur le volcan depuis 12 ans montrent une corrélation avec les cycles lunaires trois mois avant cette éruption surprise, mais à aucun autre moment. Beaucoup d'études se sont penchées par le passé sur la possibilité que les marées lunaires déclenchent une éruption volcanique.

Pour comprendre comment les forces tidales influencent les vibrations du sol, les chercheurs ont mis au point un modèle numérique. Les volcans comme le Ruapehu contiennent un conduit vertical dans lequel le magma circule en convection, surmonté par une poche de gaz et enfin par une matrice de roche fracturée et poreuse. D'après ce modèle, les vibrations du sol sont générées par la résonance de cette poche de gaz. Ce que le modèle montre également, c'est que lorsque la pression dans la poche de gaz atteint un seuil critique, les marées lunaires peuvent induire un changement de contraintes susceptible de modifier l'amplitude des vibrations enregistrées en surface. Par conséquent, ce n'est que lorsque la pression dans le système devient critique, quelques mois avant l'éruption, qu'il devient sensible aux marées et que la corrélation statistique émerge de manière fiable (1 chance sur ~3.5 millions que ça se produise par hasard).

Cette approche va maintenant être testée sur d'autres volcans, notamment avec des données géochimiques, pour voir si la méthode pourrait être utilisée comme outil de surveillance.

Sensitivity to lunar cycles prior to the 2007 eruption of Ruapehu volcano
Girona, Társilo; Huber, Christian; Caudron, Corentin
Référence Scientific reports, 8, 1476

Mercredi l 20-06-2018
Cours préparatoires en sciences

L'ULB, en collaboration avec l'EPFC, organise des cours d'été pour les futurs étudiants en bachelier de sciences, sciences humaines et économie.

Trois thèmes sont proposés:"Sciences et Mathématiques", qui s'adresse à des étudiants qui désirent commencer un baccalauréat universitaire ayant une composante scientifique prononcée, "Mathématiques et Anglais", qui aidera des étudiants qui souhaitent commencer un bachelier dans le domaine des sciences économiques et "Statistiques et Probabilités", qui préparera les étudiants des sciences sociales.

L'objectif de ces cours préparatoires est de tenter de combler d'éventuelles lacunes de la formation antérieure et d'apprendre à utiliser et à structurer les connaissances déjà acquises.

Les dates et modalités d'inscription des cours préparatoires sont disponibles sur leurs pages respectives.

Mercredi l 13-06-2018
L'ULB accueille le Rhétos Summer Day

Le 25 juin, de nombreux rhétoriciens et rhétoriciennes arpenteront les allées du campus du Solbosch pour découvrir l'Université et participer à de nombreuses activités.

Organisée après les examens de secondaire, cette après-midi unique permet aux futures étudiantes et futurs étudiants mais aussi aux personnes indécises de découvrir la vie universitaire. En effet, des membres du corps étudiant de l'Université seront présents pour répondre à leurs questions, tout comme des représentants et représentantes des différents services de l'ULB.

Mais le Rhétos Summer Day c'est également l'occasion de participer gratuitement à un barbecue géant, différentes activités culturelles et sportives, des visites guidées du campus ou encore des concerts puisque l'ULB y accueillera notamment le rappeur YANSO et le groupe The Wickeed.

> Informations pratiques:

Le lundi 25 juin de 12h à 16h (campus du Solbosch)

Inscription gratuite recommandée pour le barbecue

Plus d'information sur le site du Rhétos Summer Day

Mercredi l 23-05-2018
Deux nouveaux bacheliers à Charleroi

Dès la rentrée prochaine, le campus de Charleroi Ville-Haute accueillera deux nouveaux bacheliers organisés en collaboration avec UMons: un bachelier en sciences humaines et une première année polyvalente en sciences de la vie.

Ces deux nouveaux bacheliers viennent renforcer l'offre de proximité que l'ULB souhaite offrir aux jeunes étudiants de Charleroi et des environs. Le lancement de ces deux bacheliers en partenariat avec UMons est une réponse directe à l'enjeu pour Charleroi d'accroître le nombre de jeunes poursuivant des études supérieures.

La première année polyvalente en sciences de la vie est la seule disponible pour la Belgique francophone. Elle entre dans le cadre du bachelier en sciences biologiques. En instaurant une première année polyvalente, l'Université permet à l'étudiant de trouver sa voie en cours d'année. Durant cette année, les étudiants seront en contact lors de leurs travaux pratiques avec des enseignants chercheurs du Biopark et de l'UMons. La réussite de cette première année donnera un accès inconditionnel à cinq cursus de 2e bloc de bachelier.

Le bachelier en sciences humaines et sociales permettra aux étudiants qui désirent s'orienter vers des études en sciences humaines de pouvoir accéder à une connaissance large des savoirs en sciences sociales et politiques sans devoir se spécialiser trop rapidement dans une discipline. Le programme assure une formation dans des disciplines différentes et propose des cours de méthodologie et des cours de langue. Il propose aussi une formation de base solide, permettant l'orientation future dans de très nombreux masters.

Plus d'information sur ces bacheliers sur le site de l'ULB

Mercredi l 16-05-2018
HERA Awards: 2 étudiants de l'IGEAT récompensés

2 étudiants de l'IGEAT ont été récompensés d'un prix d'excellence HERA Awards pour leurs mémoires "innovants en développement soutenable".

Les "Higher Education and Research Awards" (HERA) récompensent chaque année des jeunes diplômés qui, par leur mémoire à l'approche systémique propre au développement soutenable, inspirent et stimulent l'ensemble de notre société à agir à 360°.

  • Santé: Agathe Salmon (ULB, Institut de gestion de l'environnement et d'aménégement du territoire) pour son travail nommé "La féminisation des poissons par la présence d'œstrogènes en eaux de surface. Rôle des contraceptions œstropro-gestatives et prise en compte par le monde médical."

    Les perturbateurs endocriniens sont des micro-polluants capables, même à des doses très réduites, d'interférer avec les systèmes hormonaux d'organismes humains et animaux. Agathe Salmon s'est intéressée à l'un d'eux, le 17α-éthinylestradiol (EE2), composant principal des pilules contraceptives. Elle a d'abord détaillé son trajet depuis les urines féminines jusqu'aux écosystèmes aquatiques, puis ses impacts sur les poissons qui y sont exposés. Elle a ensuite mis en évidence, via une enquête par questionnaires menée auprès de 790 étudiants en médecine et médecins prescripteurs, le peu de connaissances qu'ont ces derniers de ces impacts. Ils sont néanmoins largement demandeurs d'informations fondées à ce sujet. Forte de ces constats, Agathe Salmon propose d'attribuer une note écologique aux médicaments œstroprogestatifs selon divers critères (capacité de dégradation, toxicité, bioaccumulation...). Inspirée d'expériences menées avec succès à l'étranger, une telle proposition pourrait intégrer la préoccupation écologique à la pratique gynécologique.
  • Alimentation: Bastien Van Grunderbeeck (ULB, Institut de gestion de l'environnement et d'aménégement du territoire) pour son mémoire intitulé "L'impact économique et environnemental de la gestion des déchets dans les systèmes alimentaires alternatifs bruxellois. Le cas du réseau des magasins de distribution Färm."

    Le travail de Bastien Van Grunderbeeck porte sur les déchets générés par les systèmes alimentaires alternatifs et, plus spécifiquement, sur la coopérative bruxelloise Färm. Née en 2013, celle-ci consiste en un réseau de magasins bios promouvant une alimentation bio, locale et de saison. Après avoir étudié l'impact économique et environnemental de la gestion des déchets dans l'un des magasins de la chaîne, l'auteur a réalisé une analyse de cycle de vie d'un panier de fruits et légumes sur l'ensemble du système alimentaire, soit du producteur jusqu'au consommateur. Son travail met en évidence l'impact important du distributeur dans la chaîne alimentaire, tant en matière de lutte contre les pertes de produits (invendus) qu'en matière de recours aux emballages, contenants et matériaux de transport jetés par le magasin ou fournis aux consommateurs. Il démontre que le modèle de distribution alternative génère à la fois des gains financiers, mais aussi de nombreux effets secondaires: performance logistique accrue, réduction des coûts sociaux et environnementaux, développement de partenariats, partage de connaissances, etc. Plus largement, il formule des enseignements et recommandations susceptibles de contribuer au renforcement du système alimentaire durable et résilient dans le contexte de l'agriculture urbaine.

Ces lauréats ont été récompensés par un prix de 2 500 euros pour leur engagement envers les grands enjeux de la société. "Certains travaux, indique le communiqué des HERA Awards, proposent de véritables outils pour les citoyens et ne demandent qu'à être mis en pratique."

Lundi l 14-05-2018
Master en cybersécurité : Partenariat avec Thales Belgique

Lancé il y a deux ans par Yves Roggeman, Olivier Markowitch (professeurs à la Faculté des Sciences) et Jean-Michel Dricot (professeur à l'Ecole polytechnique de Bruxelles), le master interuniversitaire en cybersécuritévient de franchir une nouvelle étape, grâce à la signature d'un partenariat académique de trois ans avec Thales Belgique. "Durant leur master, les étudiants doivent effectuer un stage en entreprise. Nous avions donc des contacts avec plusieurs sociétés et très vite, le groupe Thales s'est montré intéressé par une collaboration, tant pour la recherche que pour l'enseignement", explique Olivier Markowitch. C'est que l'entreprise, française, possède une certaine expérience en la matière : elle a en effet noué de nombreux partenariats avec des universités françaises.

"C'est une situation win-win. Grâce à cette convention, les étudiants pourront bénéficier de deux jours de formation au Cyberlab de Thales Belgique, un centre d'entraînement qui permet de tester la résistance d'un réseau aux cyberattaques. De son côté, la société espère séduire les futurs diplômés en cybersécurité, très recherchés sur le marché de l'emploi", précise Jean-Michel Dricot. D'ici 2020, notre pays nécessitera en effet pas moins de 2000 experts en cybersécurité.

Le master, unique en Belgique et organisé par l'ULB en collaboration avec l'Unamur, l'UCL, l'Ecole Royale Militaire, la HE2B et la HELB, continue donc d'étoffer son offre d'activités pour ses 70 étudiants, venus de l'ULB, mais aussi d'autres établissements supérieurs en Belgique et à l'étranger.