Les équipes de recherche
Des laboratoires de pointe au sein de SysChem qui génèrent régulièrement de beaux palmarès
laboratoires de recherche
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chercheurs
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prix Nobel de chimie
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financements ERC
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(parmi les financements européens les plus prestigieux)
médailles du CNRS
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Des prix Nobel à la nouvelle génération de chercheurs
Dr Jean-François Lutz
2 ERC
dont 1 ERC proof of concept Médaille d'argent du CNRS (2018)
Prof Joseph Moran
2 ERC
Elu parmi les 12 meilleurs jeunes chimistes du monde en 2018 par le Magazine Chemical & Engineering News
Prof Thomas Hermans
1 ERC
Elu l'un des 21 meilleurs scientifiques du monde de moins de 40 ans par le forum économique mondial (2019)
Dr Andrey Klymchenko
2 ERC
dont 1 ERC proof of conceptMédaille de bronze du CNRS (2010)
Découvrez la liste des laboratoires classés par thématiques de recherche
Paolo Samori – Nanochimie
Alberto Bianco – Nanomatériaux 2D et carbonés multi-fonctionnels à visée thérapeutique
Amir Hoveyda – Synthèse chimique catalytique
Joseph Moran – Synthèse chimique catalytique
Pawel Dydio – Systèmes complexes en synthèse et catalyse
Marco Cecchini – Ingénierie des Fonctions Moléculaires
Vincent Robert – Chimie quantique
Burkhard Bechinger – Biophysique des Membranes et RMN
Petra Hellwig – Bioélectrochimie et Spectroscopie
Alexandre Klymchenko – Nanochimie et bioimagerie
Vladimir Torbeev – Chimie des protéines
Alberto Bianco – Nanomatériaux 2D et carbonés multi-fonctionnels à visée thérapeutique
Thomas Hermans – Bioélectrochimie et spectroscopie
Mir Wais Hosseini – Tectonique moléculaire
Nicolas Giuseppone – Synthèse et auto-assemblage moléculaires et supramoléculaires
Jean-Marie Lehn – Chimie supramoléculaire
Jean-Pierre Sauvage – Chimie organo-minérale
Jean-François Lutz – Chimie macromoléculaire de précision
Jean-François Nierengarten – Chimie des matériaux moléculaires
Biophysique des Membranes et RMN
Le laboratoire étudie des systèmes chimiques complexes, tels qu’ils sont présents dans la nature, par des approches physico-chimiques. L’équipe s’intéresse à la structure, à la dynamique et aux interactions des peptides et des lipides associés à la membrane afin de comprendre leur fonction biologique, par exemple les peptides ayant des activités antimicrobiennes. L’équipe travaille aussi sur la transfection des acides nucléiques pour la thérapie génique et la médecine personnalisée. Elle s’intéresse notamment aux molécules auxiliaires, permettant le transport de l’ADN et de l’ARN dans la cellule. Les peptides développés au sein du laboratoire présentent de fortes activités de transport et pourraient être utilisés pour délivrer des molécules thérapeutiques.
Nanomatériaux 2D et carbonés multi-fonctionnels à visée thérapeutique
Le groupe guidé par Alberto Bianco est spécialisé dans les nanobiotechnologies et la nanomédecine. Les différents axes de recherche concernent la conception, la synthèse, la caractérisation et l’étude des applications biomédicales de nanomatériaux à base de carbone tels que les nanotubes, le graphène, l’adamantane ou encore l’oxyde de graphène. L’équipe se concentre sur le développement de nouvelles stratégies pour la vectorisation de molécules d’intérêt thérapeutique et la conception de nouveaux outils pour l’imagerie. Cette approche a permis de développer de nouveaux moyens de vectorisation de différentes classes de biomolécules, telles que des peptides bioactifs, des molécules antibiotiques et anticancéreuses, de l’ADN ou encore des siRNA. Le laboratoire couvre également l’étude fondamentale du métabolisme, de la toxicité, des mécanismes d’élimination par l’organisme et de la biodégradation des nanomatériaux à base de carbone, afin d’évaluer leur impact sur la santé et de valider leur utilisation comme nouveaux supports thérapeutiques. L’équipe explore également de nouvelles approches impliquant d’autres matériaux bi-dimensionnels tels que le nitrure de bore (hBN) et les dichalcogénures de métaux de transition (par exemple, MoS2).
Ingénierie des Fonctions Moléculaires
Le laboratoire est spécialisé dans les recherches en modélisation, à l’interface entre les sciences de la vie et les sciences des matériaux. L’équipe s’intéresse aux problèmes d’intérêts médicaux et/ou technologiques pour développer des stratégies informatiques à partir de simulations moléculaires de pointe et fournir une interprétation quantitative des phénomènes fondamentaux à l’échelle moléculaire, de la reconnaissance et l’auto-assemblage à la régulation allostérique d’importants récepteurs de neurotransmetteurs.
Systèmes complexes en synthèse et catalyse
L’ambition de cette équipe est de mener une recherche de pointe pour relever les défis du développement durable, notamment l’utilisation responsable des ressources, de l’énergie et le développement de technologies propres dans l’industrie chimique. Bien que les chimistes aient fait d’immenses progrès dans le développement de réactions sélectives avec de nombreux catalyseurs sélectifs, le dogme actuel de la synthèse organique veut que chaque réaction soit conduite consécutivement, ce qui implique l’isolement et la purification de chaque intermédiaire. Bien qu’en général efficace, cette approche n’est pas performante d’un point de vue économique et écologique. La réalisation de séquences complètes de réactions organiques en un seul réacteur est devenu un véritable challenge, notamment pour la conception de systèmes multicatalytiques.
Le laboratoire se consacre à la fois à l’amélioration de la compréhension fondamentale de la chimie des systèmes complexes pour la synthèse organique et au développement de nouveaux outils puissants basés sur la construction de réseaux complexes de réactions organiques se produisant au sein de systèmes multicatalytiques autorégulés, inspirés de la nature, notamment des réseaux métaboliques des réactions enzymatiques.
Synthèse et Auto-assemblage Moléculaires et Supramoléculaires
Le développement de systèmes chimiques stimulables, adaptatifs et multitâches constitue un objectif majeur pour accéder à la nouvelle génération de matériaux fonctionnels dits « intelligents ». Cette équipe s’intéresse à la compréhension et au contrôle des processus d’auto-assemblage et d’auto-organisation programmés à l’échelle moléculaire, à leurs dynamiques et à leurs coopérativités jusqu’aux échelles macroscopiques. Cette expertise permet de générer des systèmes complexes, capables de rentrer en interaction avec leur environnement et de s’y adapter par des processus d’émergence. D’un point de vue applicatif, de telles propriétés seront nécessaires pour aboutir à cette prochaine génération de matériaux dits « intelligents ».
Une combinaison unique de savoir-faire allant de la synthèse de molécules complexes, à la compréhension de la dynamique des auto-assemblages, et à la physico-chimie et physique des polymères, permet notamment à l’équipe de développer de nouveaux matériaux auto-réparables et recyclables, à base d’élastomères à double dynamique, et dont les performances d’étanchéité sont testées à l’échelle industrielle pour le bâtiment.
Bioélectrochimie et Spectroscopie
Le laboratoire est spécialisé dans l’étude des enzymes : les catalyseurs extrêmement performants, que la nature nous présente, et qui réalisent les réactions chimiques nécessaires à la vie cellulaire. Le pouvoir catalytique des enzymes permet de produire des
substances et de l’énergie, indispensables au bon fonctionnement des organismes vivants.
Plus particulièrement l’équipe fait appel à la spectroscopie infrarouge (IR) différentielle et Raman, associée à l’électrochimie, pour étudier le fonctionnement catalytique des protéines et élucider leurs mécanismes.
L’expertise scientifique de l’équipe s’appuie sur l’utilisation des nanomatériaux pour concevoir une électrochimie directe sur des protéines membranaires. Elle développe également des approches sur la thermostabilité des protéines et sur l’identification de marqueurs spectroscopiques de maladies telle que la maladie d’Alzheimer dans des tissus biologiques.
Laboratoire des Systèmes Complexes hors équilibre
Le laboratoire travaille sur les systèmes hors équilibre au sens large : des matériaux artificiels vivants en chimie supramoléculaire aux nouveaux phénomènes de dynamique des fluides dans des tubes à écoulement à fort cisaillement ou à lévitation magnétique. L’équipe est très interdisciplinaire, les recherches étant menées dans les domaines de la chimie, du génie chimique, de la physique, de l’ingénierie électrique et du génie biomédical.
L’amélioration du rendement énergétique est l’une des étapes clefs permettant la réduction des gaz à effet de serre de deux tiers d’ici 2030 (International Energy Agency, 2006). Ceci est d’autant plus vrai pour l’industrie chimique lorsque l’on sait que cette dernière contribue à hauteur de 25% à la consommation énergétique industrielle totale. Il est d’une importance capitale, pour ce faire, d’optimiser les procédures préexistantes, mais aussi et surtout de développer de nouvelles technologies qui, elles, seront à même de faire une véritable différence. Dans cette optique, l’équipe s’intéresse à la séparation chirale, procédé tout particulièrement important dans l’industrie pharmaceutique, notamment avec l’utilisation d’un écoulement fluidique très particulier, l’écoulement de Taylor‐Couette. Ce dernier permettrait de parvenir à séparer des énantiomères sans même utiliser de phase stationnaire (composante la plus couteuse du procédé de séparation) contenue dans les colonnes les plus modernes. L’équipe développe de nouvelles méthodes de séparation chirale, brevetées, qui pourraient rendre les procédés actuels obsolètes et réduire de façon significative le coût de cette opération de séparation néanmoins nécessaire.
Tectonique moléculaire
Mir Wais Hosseini est le spécialiste de la tectonique moléculaire, une nouvelle branche de la chimie supramoléculaire, dont il est l’un des fondateurs. Le laboratoire s’intéresse à la construction d’architectures moléculaires de grande taille dont les composants (tectons) sont assemblés par des interactions non-covalentes. L’intérêt de cette approche réside dans le fait que la confection d’édifices moléculaires de grandes tailles (millimétrique) dont la structure peut être prédite et programmée selon une, deux voir trois dimensions, est difficilement envisageable par une voie de synthèse classique basée sur la formation, étape par étape, de liaisons covalentes. L’équipe étudie depuis une quinzaine d’années les assemblages moléculaires engageant les trois types d’interaction (classées par ordre décroissant d’énergie) : les liaisons de coordination, les combinaisons de liaisons hydrogènes directionnelles et d’interactions électrostatiques, et enfin, les interactions de van der Waals. Au cours des quatre années passées, l’équipe a surtout continué à développer les réseaux moléculaires par liaison H et par liaison de coordination.
Synthèse chimique catalytique
Amir Hoveyda est l’un des 12 chercheurs lauréats de la 3e vague de l’appel à projets « Make our planet great again » (MOPGA) lancé par le président de la République française Emmanuel Macron. Les recherches menées au sein de son laboratoire se concentrent sur la conception de molécules organiques stéréochimiquement définies, petites ou macromolécules, qui jouent ou pourraient jouer un rôle crucial dans le développement de médicaments, tels que les composés anticancéreux, antitumoraux et contre l’hépatite C
Amir Hoveyda est un des leaders mondiaux de la métathèse d’oléfines. En particulier, son équipe travaille sur de nouvelles méthodes de catalyse efficaces, sélectives, largement applicables et pratiques (évolutives) qui permettent d’accéder à des entités à haute valeur ajoutée. Il développe des systèmes multicatalytiques plus économes en énergie, durables et rentables (par exemple, pas de métaux précieux), une chimie innovante qui répond aux grands enjeux environnementaux de manière pratique et réaliste.
Sur ces mêmes principes, Amir Hoveyda est co-fondateur de l’entreprise européenne XiMo, au côté de Richard Schrock. Il est également lauréat d’un financement européen « ERC Advanced Grants 2021 » pour la conception de nouvelles classes de catalyseurs de métathèse d’oléfines. Une large gamme d’oléfines tétrasubstituées, jusque-là encore jamais développées et essentielles à la découverte de médicaments, sont actuellement en développement.
Nanochimie et bioimagerie
Les recherches du laboratoire sont axées sur le développement de nouvelles molécules et nanoparticules fonctionnelles, appelées sondes fluorescentes, pour des applications biologiques et biomédicales. Ces sondes moléculaires fluorescentes permettent d’imager la structure et la fonction des cellules vivantes au niveau moléculaire, grâce à des nouveaux concepts basés sur différents phénomènes photochimiques. Il est question d’exploiter ces concepts pour pour la biodétection et la bioimagerie, en particulier des sondes pour les biomembranes, les organites intracellulaires, les protéines membranaires et les acides nucléiques. Six sondes membranaires ont déjà été commercialisées (par ThermoFisher Scientific et Cytoskeloton).
L’équipe développe également des nanoparticules organiques fluorescentes auto-assemblées ultrabrillantes, à base de polymères ou de lipides chargés de colorants fluorescents, pour la biodétection et la bio-imagerie. En particulier, à partir d’une conception innovante de polymères et de colorants ioniques avec des contre-ions volumineux, le laboratoire développe des nanoparticules de petite taille contrôlée, à la fluorescence brillante et au transfert d’énergie efficace. Ces nanoparticules sont utilisées comme échafaudages pour la synthèse de nanosondes ultrabrillantes pour la détection d’acides nucléiques et de protéines dans les cellules et les liquides biologiques. Ces nanosondes sont intéressantes à la fois pour la recherche fondamentale sur la bioimagerie de cibles peu abondantes et pour la détection ultrasensible de marqueurs bimoléculaires dans les diagnostics.
Récemment, l’équipe a développé de nouveaux matériaux fluorescents, fonctionnant dans les régions du visible et du proche infrarouge, et qui sont appliqués pour la chirurgie guidée par l’image en collaboration avec les chirurgiens de l’IRCAD.
Chimie Supramoléculaire
Prix Nobel de chimie en 1987, Jean-Marie Lehn est le fondateur de la chimie supramoléculaire. Il a débuté sa carrière en s’intéressant tout d’abord à la reconnaissance moléculaire, et en particulier son rôle important dans les processus biologiques. À partir de là, ses recherches se sont élargies en englobant la catalyse et les processus de transport supramoléculaires. Elles se sont aussi étendues à la conception de composants moléculaires comme bases de l’électronique et de la photonique moléculaire. Un autre axe de développement concerne la conception de systèmes « programmés » capables d’auto-organisation par assemblage spontané de composants adéquats en des architectures supramoléculaires bien déterminées.
Auteur de plus de 1000 publications, il est membre de multiples académies
et institutions ainsi que de conseils d’entreprises privées.
Chimie Macromoléculaire de Précision
L’équipe étudie la synthèse de polymères non-naturels dits « de précision » : des matériaux à très haute valeur ajoutée, possédant des agencements complexes de monomères dans leurs chaînes. L’équipe se focalise sur des approches nouvelles qui doivent être simples, peu coûteuses et facile à mettre en œuvre.
L’équipe est la première au monde à synthétiser des polymères « codés » possédant des séquences parfaitement contrôlées de monomères. A l’instar des macromolécules naturelles (protéines, ADN), le laboratoire peut préparer des structures parfaitement définies à l’échelle moléculaire. Ces nouveaux matériaux ouvrent des applications inédites pour les matériaux polymères, notamment dans le domaine de la lutte anti-contrefaçon.
Par ailleurs, ces matériaux nouvelle génération, à structure parfaitement contrôlée, ouvre également la voie du stockage de données sur polymères. En effet, les chercheurs sont parvenus à y inscrire un code binaire identique à celui utilisé dans le langage informatique : une alternative chimique pour le stockage d’information sur des matériaux de plus en plus petits, et de plus en plus pérennes.
D’autres applications sont étudiées au sein du laboratoire, telles que la délivrance de médicaments à partir de structures bio-hybrides alliant des segments synthétiques à des macromolécules naturelles (aptamères d’ADN), ou encore le recyclage de matériaux plastiques.
Catalyse chimique
Le laboratoire s’intéresse à l’application des concepts du domaine des
systèmes complexes à la synthèse, la catalyse et la chimie prébiotique.
Le laboratoire est connu pour ses travaux sur les origines prébiotiques
du métabolisme biologique sous catalyse métallique. Le laboratoire
s’intéresse également à l’application de solvants capables de donner
fortement des liaisons hydrogène en synthèse chimique. En collaboration
avec l’équipe du professeur Thomas Ebbesen, l’équipe a été pionnière
dans l’application du couplage vibrationnel fort pour modifier les
vitesses et les sélectivités des réactions organiques.
Chimie des matériaux moléculaires
L’équipe est reconnue pour ses contributions dans le domaine de la chimie des fullerènes, de la chimie des métaux de transition et de la chimie supramoléculaire. La recherche est fortement axée sur la synthèse et porte sur une grande variété de sujets de recherche allant du développement de matériaux moléculaires, de composés bioactifs à la construction d’ensembles supramoléculaires aux propriétés électroniques originales.
Plus récemment, l’équipe a lancé un nouveau programme de recherche dans le domaine de la chimie du pillar[5]arène, composés macrocycliques uniques, aux applications thérapeutiques encore inexploitées.
Chimie quantique
L’activité menée au laboratoire vise à décrire par les outils théoriques et leur développement, les propriétés électroniques des architectures moléculaires et des matériaux. La complexité émerge de la nature des interactions inter-et intramoléculaires gouvernées par la corrélation électronique, les liaisons faibles ou les transferts de charge. L’examen de ces phénomènes permet de rendre compte de comportements remarquables tels que le magnétisme moléculaire, la transition de spin, la spintronique et la reconnaissance moléculaire.
Nanochimie
L’activité de recherche du laboratoire est axée sur la relation entre architecture et fonction dans les matériaux multifonctionnels nano-structurés organiques ou dérivés du graphène. Ces travaux de recherche reposent sur la combinaison d’approches impliquant la chimie supramoléculaire, l’auto-assemblage hiérarchique, la nanochimie/nanophysique des surfaces et des interfaces, le développement de matériaux fonctionnels et l’étude de leurs propriétés physico-chimiques fondamentales, ainsi que la fabrication de (nano)dispositifs optoélectroniques basés sur des architectures supramoléculaires hybrides.
L’équipe s’intéresse à la chimie des matériaux bidimensionnels (2D), les systèmes supramoléculaires intelligents et les matériaux et (nano)dispositifs multifonctionnels de haute performance afin de développer un « Internet des fonctions » pour l’énergie, la détection et les applications optoélectroniques. Cela comprend :
- L’ingénierie des matériaux 2D (graphène et autres composés stratifiés) : production, réglage de leurs propriétés, fabrication de dispositifs pour l’optoélectronique et la détection ;
- Adaptation multi-échelle de systèmes supramoléculaires intelligents : développement de matériaux hybrides multi-réactifs ;
- Matériaux et (nano)dispositifs multifonctionnels à haute performance pour l’optoélectronique, la détection, le stockage de données, le stockage d’énergie, etc.
Chimie Organo-Minérale
Jean-Pierre Sauvage s’est vu décerner le prix Nobel de chimie en 2016. Cette distinction récompense des travaux pionniers sur la conception et la synthèse de machines moléculaires. Ces assemblages de taille nanométrique sont capables de se mettre en mouvement de façon contrôlée en réponse à divers signaux tels que la lumière UV, par exemple.
La nature regorge de machines protéiques complexes que les chimistes cherchent à décrypter. A l’instar d’un muscle qui se contracte, elles interviennent dans de nombreux processus biologiques. Inspiré de ces processus, Jean-Pierre Sauvage a consacré sa carrière à synthétiser des molécules se comportant comme des machines. Le défi : parvenir à déclencher et contrôler leur mouvement grâce à des signaux (physiques, chimiques, électriques…) modifiant l’équilibre des forces entre les atomes. Systèmes rotatifs oscillants, «navette» moléculaire ou muscles artificiels à l’échelle nanométrique, sont quelques-uns des systèmes dynamiques synthétiques mis au point par le chercheur.
Ces nanomachines sont promises à un bel avenir. De nombreuses applications sont actuellement étudiées : transport ciblé de médicaments, conception de matériaux déformables, stockage d’information dans des ordinateurs « moléculaires », interrupteur moléculaire commandé par la lumière…
Chimie des protéines
Ce groupe de recherche se spécialise en chimie biologie et caractérisation de protéines par les outils biophysiques, pour étudier les problèmes biologiques, notamment au niveau des maladies neurodégénératives. Les sujets de recherche incluent les bases moléculaires du mauvais repliement des protéines, les méthodologies pour la synthèse combinatoire de protéines à haut débit, les nouvelles approches chimiques pour étudier et cibler les protéines intrinsèquement désordonnées et la conception de protéines. L’équipe développe notamment de nouveaux outils qui permettront la synthèse chimique robuste de bibliothèques de protéines comprenant (100-10 000) composés.
