Description du projet
Une recherche remet en question les idées reçues sur la manière dont la lumière interagit avec la matière dans les matériaux biologiques
La fluorescence dans la matière organique a longtemps été associée à une unique classe spécifique de produits chimiques, à savoir les systèmes conjugués. Des expériences récentes laissent penser qu’il est possible d’observer la fluorescence dans des milieux composés de réseaux denses de liaisons hydrogène. À l’aide de simulations informatiques avancées, le projet HyBOP, financé par l’UE, entend déchiffrer les propriétés optiques exotiques des réseaux de liaisons hydrogène et les exploiter en tant que sondes des forces médiées par l’eau. À cette fin, les chercheurs étudieront comment créer des réseaux fluorescents de liaisons hydrogène dans les matériaux biologiques et manipuler les électrons et les noyaux dans l’eau. Les réseaux de liaisons hydrogène pourraient contribuer à l’étude de nombreux phénomènes de manière non invasive, y compris dans le domaine médical.
Objectif
Fluorescence takes place throughout the natural world. Most conventional chemical wisdom proposes that in organic entities, fluorescence occurs in conjugated systems, such as in the aromatics. However, in biological settings, the interaction of light with matter occurs in media built up of dense networks of hydrogen bonds. Recent experiments suggest that it is possible to observe fluorescence from these networks too. This could open the possibility of designing hydrogen-bond networks with enhanced fluorescence, offering enormous fundamental and practical potential.
The overarching goal of HyBOP is to decipher, using advanced computer simulations, the exotic optical properties of hydrogen-bond networks and to harness them as probes of water-mediated forces. To achieve this, HyBOP will tackle the following challenges:1) Establish the ground rules for creating fluorescent hydrogen-bond networks in biological materials. 2) Understand how to drive the electrons and nuclei of water networks into regimes where they can fluoresce. 3) Use the optical behaviour of these networks to probe hydrophobic forces in nature.
To uncover the complex chemistry of hydrogen-bond network fluorescence, and guide the discovery of new fluorophores, we will deploy state of the art electronic excited-state molecular dynamics in combination with machine-learning techniques. This will provide HyBOP with ground-breaking knowledge which will lay a theoretical framework to motivate development of new experimental probes of hydrophobicity.
HyBOP seeks to bring hydrogen-bond networks to the forefront of chemistry in their use as optical probes; by laying the theoretical ground-work for designing non-invasive fluorophores in biophysics, opening up a new window into the origins of autofluorescence in medical diagnostics and finally, provoking frontier electron and nuclear spectroscopy, HyBOP will have a spill-over effect and build new synergies across several branches of the physical sciences.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Régime de financement
ERC - Support for frontier research (ERC)Institution d’accueil
75007 Paris
France