Microfluidic counter-diffusion chips for crystallization of biological macromoleculars and on chip X-ray data analysis for structure determination

Plusieurs études ont montré qu'un environnement dépourvu de convection améliore la croissance et la qualité des cristaux macromoléculaires. Les systèmes microfluidiques présentent des propriétés similaires du fait des dimensions réduites des canaux microfluidiques. Ce projet a permis la conception de puces microfluidiques de cristallisation et d'analyse in situ des cristaux de biomolécules facile à utiliser. Ce dispositif microfluidique met à profit la méthode de contre-diffusion, très efficace pour le criblage et l'optimisation de conditions. Différents aspects pratiques sont abordés dans cette thèse parmi lesquels, le choix de la géométrie, le choix des matériaux, le choix des méthodes de fabrication, les techniques de remplissage, le fonctionnement des systèmes, les développements en vue d'une approche de cristallisation et d'analyse crisallographique à haut débit. Plusieurs génération de puce ont ainsi vu le jour, plusieurs macromolécules biologiques de natures diverses, ayant des propriétés différentes et de plusieurs tailles ont été cristallisées dans nos systèmes microfluidiques. L'analyse des cristaux par diffraction aux rayons X a permis de collecter des données même à haute résolution et de calculer les cartes de densité électonique à partir des données enregistrés. La dernière génération de puce a été conçue sur un format standard compatible avec l'utilisation de robots de pipetage pour la préparation des expériences et d'automates passeurs d'échantillons pour l'analyse aux rayons X sur source synchrotron.Microgravity, capillary tubes and hydrogels provide convection-free environments in which crystal growth and crystal quality required for structural biology can be significantly improved with regard to free solutions. Convection is also absent inside the nano-volumes of solutions contained in the micro- channels or -chambers of microfluidic systems. Besides being a means to miniaturize crystallization assays, the later also give access to high-throughput screening and crystal production under nearly ideal growth conditions. Microfluidics has innumerable potential applications in biotechnology and biomedical analysis. Here microfluidic chips were developped for the crystallization of biological macromolecules by counter-diffusion for crystallographic analyses. The prime criteria were versatility, low cost and user friendly handling. These devices enable crystal growers to search for initial crystallization conditions, optimize them and perform x-ray diffraction directly in situ. Practical aspects concerning the choice of the chip materials and the crystallization method are discussed