Revue du processus de translocation

Revue du processus de translocation

Le processus de transport dune macromolecule a travers un nanopore peut etre divise en plusieurs etapes : i) la di usion de la molecule de la solution (bulk) jusqua lentree du pore, ii) lentree de la molecule dans le pore et iii) la residence de la molecule dans le pore. Les deux premieres etapes correspondent a la capture de la molecule par le pore, caracterisee experimentalement par la frequence de bouchage du courant a travers le pore.

La residence est quant a elle caracterisee experimentalement par la duree du bouchage et est liee a la dynamique de la molecule dans le pore. Lanalyse et linterpretation de la dependance de la frequence dentree et du temps de residence en fonction de certains parametres experimentaux ajustables (la dimension du pore, le voltage applique, la temperature, le pH…) permettent de degager les principaux e ets en jeu dans une experience donnee.

Par exemple le connement dune molecule dans un pore plus pe 27 tit quelle se heurte a une resistance entropique, qui favorise la sortie de la molecule du pore [90, 91]. Par ailleurs il existe generalement une force aidant ou sopposant au passage des macromolecules a travers un nanopore. On peut citer le champ electrique a linterieur du pore [11, 46, 29], lasymetrie dans les conditions regnant de part et dautre du pore [92, 93, 94],

ou lin teraction entre la molecule et les parois du pore [89, 95, 96, 97, 98]. Beaucoup detudes theoriques ont ete menees, en particulier depuis les annees 1970 avec les travaux de de Gennes [99], pour decrire les proprietes statiques et dynamiques de macromolecules en solution ou en milieu conne.

Lagrande variete de resultats experimentaux disponibles montre quil nexiste pas de comportement universel pour decrire le passage d une macromolecule dans un nanopore. Les resultats sont tres sensibles a la nature du systeme (molecule, pore, solvant, ions…) et aux conditions employees. On peut nean moins distinguer quelques grands regimes caracterisant le processus de cap ture et la dynamique dune molecule dans le pore.

Ces regimes sont decrits au debut de ce chapitre et interpretes a laide de petits modeles reliant les quantites observables aux parametres de lexperience. Une partie est ensuite consacree aux modeles plus detailles de la translocation, necessaires quand la situation ne correspond pas clairement a lun des grands regimes mentionnes.

Une attention particuliere est portee au modele de Fokker-Planck [90, 91], avant de presenter les methodes de simulation les plus couramment utilisees. Ennsont detailles les principaux e ets qui peuvent inuer sur le passage des molecules dans le pore, dont limportance relative est a lorigine du regime de transport observe.

Grands regimes et petits modeles

Capture dune macromolecule par un nanopore

Le processus de capture dune macromolecule par un nanopore a recu beaucoup dattention pour essayer de comprendre les e ets qui gouvernent lentree de grandes molecules dans des pores tres petits. De plus la frequence dentree des molecules dans le pore determine la concentration minimale de molecules necessaire pour acquerir une statistique able au cours dune experience. Ceci est particulierement important lorsque les especes a analy ser sont couteuses.

Dans cette section nous considerons dabord le nombre de particules par unite de temps atteignant le pore, ou la zone de capture du pore, en di usant depuis la solution contenue dans le compartiment ini tial. Il arrive souvent que la frequence dentree observee soit tres inferieure a la frequence estimee darrivee des molecules pres du pore par di usion. Cela peut venir dune resolution temporelle insu sante, qui fait que cer tains passages de molecules ne sont pas vus [53, 100].