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Les protéines antigel (AFP) et les glycoprotéines antigel (AFGP) protègent divers organismes adaptés au froid contre les dommages causés par le gel1. Les AFP et les AFGP (généralisés sous le nom d’AF(G)Ps) inhibent la croissance des cristaux de glace en se liant irréversiblement à leur surface et en inhibant la croissance ultérieure due à l’effet Gibbs-Thomson 2,3,4,5. L’écart qui se forme entre la température de fusion, qui est en grande partie inchangée, et la température de congélation nouvellement abaissée est appelé hystérésis thermique (TH) et représente un paramètre mesurable correspondant à l’activité AFP6. L’utilisation des PFA pour inhiber la croissance de la glace a des applications vastes et variées, offrant une amélioration potentielle dans divers domaines, y compris la cryoconservation, la qualité des aliments congelés et la protection des cultures exposées au froid.
La cristallisation de l’eau à basse température et haute pression en présence de petites molécules organiques entraîne la formation d’hydrates de clathrate (ou hydrates de gaz), où l’hydrate le plus abondant est l’hydrate de méthane7. La cristallisation des hydrates de méthane dans les conduites d’écoulement gaz/huile peut provoquer des bouchons, ce qui peut provoquer des explosions dues à l’inflammation du gaz 8,9,10. Les efforts actuels pour prévenir la cristallisation des hydrates dans les conduites d’écoulement comprennent l’utilisation d’inhibiteurs thermodynamiques (alcools et glycols) et cinétiques (principalement des polymères)11,12,13,14. On a également constaté que les AFP se lient aux cristaux d’hydrate clathrates et inhibent leur croissance, ce qui indique l’utilisation potentielle des AFP pour empêcher la formation de bouchons, fournissant ainsi une solution plus verte15.
La microfluidique est une méthode courante utilisée pour étudier les propriétés des fluides à des volumes d’échantillons minuscules (jusqu’à fL) qui circulent à travers un réseau de microcanaux16. Les microcanaux suivent un motif créé sur une plaquette de silicium (le moule) par lithographie17. Un matériau couramment utilisé pour fabriquer des dispositifs microfluidiques est le polydiméthylsiloxane (PDMS), qui est peu coûteux et relativement simple à utiliser dans les laboratoires de recherche. La conception des caractéristiques (canaux) est composée en fonction de l’objectif spécifique de l’appareil; ainsi, il peut être utilisé pour une variété d’applications, y compris la détection de l’ADN18, le diagnostic médical19 et les processus de cristallisation 3,20,21.
Le présent protocole décrit une méthode microfluidique unique de croissance de glace de taille micronique et de cristaux d’hydrate avec divers inhibiteurs, y compris les AFP et les AFGP. Pour ces expériences, des hydrates de tétrahydrofurane (THF) ont été utilisés pour imiter les propriétés des hydrates de méthane22, qui nécessitent un équipement spécialisé pour le contrôle de la pression et de la température23. Des AF(G)P marqués par fluorescence ont été utilisés pour visualiser et analyser l’adsorption des protéines à la surface du cristal et, couplée à l’imagerie fluorescente, l’approche microfluidique a permis d’obtenir des caractéristiques clés du processus de liaison de ces molécules aux surfaces cristallines.