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Protéines – Virus – Membranes cellulaires – Processus biologiques – Administration et action des médicaments
Les faisceaux de neutrons sont particulièrement bien adaptés à la recherche en biologie et en matière molle. Ils peuvent être produits avec des énergies et des longueurs d'onde idéales pour sonder toute une gamme de structures, allant des petites molécules comme les lipides ou les peptides, aux molécules plus grosses et aux assemblages moléculaires, y compris les virus. Étant électriquement neutres, les neutrons pénètrent profondément au cœur de la matière et sont non destructifs.
L'expression "matière molle" a été utilisée pour la première fois par Pierre-Gilles de Gennes, prix Nobel de physique 1991, pour définir des "systèmes moléculaires qui répondent fortement à un signal de commande très faible". Ce domaine est très vaste et englobe les polymères, les protéines, les colloïdes, les lipides, les cristaux liquides ainsi que tout système facilement déformable par de faibles champs externes, y compris par des contraintes et des fluctuations thermiques. L'échelle d'énergie pertinente (comparable à la température ambiante, $\sim k_BT$) et la taille des structures (de l'ordre du nanomètre à quelques micromètres) font de la diffusion neutronique l'outil idéal pour étudier ces systèmes.
L'un des grands avantages des neutrons est que, contrairement aux rayons X, ils interagissent assez fortement avec les éléments légers, en particulier l'hydrogène. Or, la matière molle et les systèmes biologiques sont riches en éléments légers, et déterminer l'emplacement exact et l'orientation des atomes d'hydrogène dans une molécule est généralement crucial pour comprendre son comportement biologique. De plus, ces systèmes peuvent être deutérés (c'est-à-dire que l'hydrogène peut être remplacé par son isotope, le deutérium) afin d'améliorer les contrastes et la qualité des informations fournies par les neutrons.
À l'ILL, la structure de la matière molle et des systèmes biologiques est sondée par des instruments d'étude des grandes structures, à savoir des instruments de diffusion aux petits angles, des réflectomètres et des diffractomètres aux petits angles. Leur dynamique, quant à elle, est étudiée par spectroscopie à diffusion de neutrons, avec des mouvements analysés sur une échelle de temps allant de la femtoseconde (eV) à environ 100 ns (neV), grâce à des instruments de diffusion inélastique, de rétrodiffusion et à écho de spin. La matière molle et la biologie représentent environ un tiers de l'activité de l'ILL en termes d'utilisation du temps de faisceau et de publications. Ce secteur bénéficie d'un environnement scientifique dynamique et d'installations accessibles via le groupe Partnership for Soft Condensed Matter et Partnership for structural Biology.
Brochures with highlights of ILL's research in soft matter, biology and health:
