Le Projet TUSCany

Le projet TUSCany vise à comprendre le couplage vibrationnel fort dans la gamme des térahertz pour les macromolécules et à traduire ces connaissances en un outil inestimable pour les biochimistes et les biophysiciens.

Les macromolécules telles que les protéines et l'ADN assurent la majorité des fonctions des organismes vivants et ces fonctions découlent de leur structure tridimensionnelle. La modification de cette structure a des conséquences dramatiques, comme on le voit dans les maladies provenant de mauvais repliement des protéines telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. L'étude et la modification de cette structure de manière non invasive représentent un défi important pour la recherche en microbiologie et les applications pratiques.

Il a été prouvé que la spectroscopie vibrationnelle TeraHertz permet de sonder les vibrations délocalisée à l'échelle nanométrique sur les cristaux moléculaires. Les résultats théoriques laissent entrevoir que les macromolécules ont des vibrations délocalisées sur l'ensemble de leur structure 3D dans la gamme des térahertz. Par conséquent, la spectroscopie TeraHertz a le potentiel de révolutionner l'analyse de la structure des protéines en fournissant des informations sur la structure et la dynamique des protéines dans un environnement réaliste.

En outre, le couplage fort de la lumière et de la matière se produit lorsqu'un matériau est positionné à une densité élevée d'états d'un mode photonique, en résonance avec l'une de ses transitions qui ont fait les beaux jours de la mécanique quantique. Récemment, le couplage vibratoire fort a démontré son potentiel pour contrôler les réactions chimiques en modifiant le rapport des produits dans des réactions chimiques spécifiques par le couplage d'un mode de cavité à une transition vibratoire, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour le contrôle des réactions chimiques.

TUSCany s'attache à relier le spectre vibratoire TeraHertz des protéines à leur structure et donc à leur fonction, et finalement à l'influencer grâce à un couplage fort à un mode photonique.

L'équipe développe des dispositifs photoniques THz micro/nano et des expériences visant à établir des méthodes fiables pour la spectroscopie THz des macromolécules, de la température cryogénique à la température corporelle, sur des échantillons allant de la macromolécule unique à la culture cellulaire. Ensuite, nous nous attacherons à démontrer le couplage vibrationnel fort dans le TeraHertz sur ces échantillons. Ce travail fondamental sera crucial pour la réalisation des expériences finales, dans le but de modifier la fonction des macromolécules, y compris la catalyse et l'assemblage des macromolécules par le biais d'un couplage fort.