Sylvie Roke

Sylvie Roke (née en 1977 à De Bilt, Pays-Bas) est une chimiste et physicienne néerlandaise spécialisée dans la photonique et les systèmes aqueux. En tant que professeur titulaire, elle est titulaire de la chaire Julia Jacobi de photomédecine à l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne et directrice du Laboratoire de BioPhotonique fondamentale[1],[2].

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Sylvie Roke
Naissance
De Bilt (Pays-Bas)
Nationalité Néerlandaise
Domaines Chimie
Physique
Biophysique
Institutions EPFL
Formation Université d'Utrecht
Université de Leyde
Directeur de thèse Aart W. Kleyn
Mischa Bonn
Renommé pour

Eau et systèmes aqueux

Hydrophobicité chimie interfaciale
Gouttelettes membranes lipidiques
Physique chimique
Optique non linéaire
Microscopie
Spectroscopie ultrarapide
Matière molle
Science des surfaces
Site https://www.epfl.ch/labs/lbp/

Carrière

Sylvie Roke étudie la chimie et la physique expérimentale à l'université d'Utrecht et obtient son diplôme en 2000 avec mention. Sylvie Roke étudie la chimie et la physique expérimentale à l'université d'Utrecht, où elle obtient son diplôme en 2000 avec les plus hautes distinctions. Elle rejoint le groupe des faisceaux moléculaires d'Aart W. Kleyn à l'Institut de physique atomique et moléculaire (AMOLF) pour travailler sur son projet de recherche de master étendu étudiant les interactions des petites molécules avec les surfaces métalliques dans des conditions d'ultravide[3],[4]. Alfons van Blaaderen (chimie) et Albert Polman (physique) sont ses directeurs de thèse à l'université d'Utrecht. Elle poursuit son doctorat dans le groupe Kleyn en passant à l'université de Leyde[5]. En 2004, elle obtient son diplôme avec les plus hautes distinctions grâce à sa thèse co-supervisée par Mischa Bonn sur "un nouvel éclairage sur les surfaces cachées"[6].

En tant qu'étudiante postdoctorale, elle rejoint d'abord l'Institut FOM pour la physique des plasmas à Nieuwegein, puis elle travaille en tant que boursière Alexander von Humboldt avec Michael Grunze à l'Institut de chimie physique appliquée de l'Université de Heidelberg. En 2005, grâce à un poste de chef de groupe de recherche flottant et à la possibilité de créer son propre laboratoire offerte par la Société Max-Planck, elle rejoint l'Institut Max-Planck de recherche sur les métaux à Stuttgart[7],[8].

En 2011, Sylvie Roke rejoint l'EPFL d'abord en tant que professeur assistant et est promue professeure ordinaire en 2015[2]. Elle est titulaire de la Chaire Julia Jacobi en photomédecine et directrice du Laboratoire de bio-photonique fondamentale, affiliée à la fois aux Instituts de bio-ingénierie et des matériaux (IMX) des Facultés d'ingénierie et des sciences de la vie[9],[10]. En 2021, elle est devenue directrice de l'Institut de bio-ingénierie[11].

Recherche

Sylvie Roke effectue des recherches théoriques et développe des outils optiques non-invasifs et sans marquage pour sonder les systèmes aqueux et les interfaces. Ses recherches visent à comprendre les propriétés de l'eau au niveau moléculaire dans divers systèmes tels que les solutions aqueuses d'électrolytes et de polyélectrolytes, les interfaces enterrées, les gouttelettes et leur extérieur, les membranes courbes à l'échelle nanométrique et microscopique, les pores et les cellules vivantes telles que les neurones[12].

Pour élucider les structures de surface moléculaires, les morphologies et la chiralité des objets nanométriques et microscopiques dans les solutions, Sylvie Roke invente la diffusion vibratoire de fréquences totales (SFS), une méthode qui permet d'enregistrer le spectre vibratoire de la couche interfaciale moléculaire autour des objets[13],[14]. Elle utilise la SFS pour spécifier les interfaces moléculaires de systèmes complexes[15] : particules de polymère dans une matrice solide, particules en solution, gouttelettes d'huile dans l'eau (émulsions)[16], systèmes de type gouttelettes lipidiques[17], gouttelettes d'eau, micro-jet et liposomes en solution aqueuse[18]. Ses études indiquent que les objets à l'échelle nanométrique et microscopique présentent des comportements différents de ceux des interfaces planes modèles.

Sylvie Roke met également au point la diffusion polarimétrique de seconde harmonique résolue en angle (AR-SHS), une méthode permettant de sonder les interfaces de particules et de liquides[19]. En utilisant la réponse non-résonante de la seconde harmonique de l'eau et sa réponse aux champs électrostatiques, Sylvie Roke développe une méthode pour déterminer le potentiel de surface des interfaces de particules et la quantité d'eau orientée[20].

En étudiant les solutions aqueuses, elle découvre des interactions à longue portée entre les ions et l'eau qui découlent de l'influence du champ électrostatique ionique sur les liaisons hydrogène eau-eau[21]. Sylvie Roke découvre que ces interactions sont amplifiées dans les liquides viscoélastiques constitués de polyélectrolytes tels que le Hyaluronan, et qu'elles sont en outre corrélées avec la viscosité de ces liquides[22]. Elle met au point une microscopie multiphotonique à large champ à haut débit, dont le rapport signal/bruit est environ mille fois supérieur à celui des systèmes d'imagerie confocale multiphotonique standard[23]. Un autre avantage de cette méthode est la réduction de l'effet de photodégradation dans les cellules vivantes[24]. Elle permet l'imagerie spatio-temporelle de l'eau interfaciale dans divers systèmes : imagerie de l'eau subissant des réactions chimiques de surface, électro-catalyse[25], eau membranaire et restructuration de l'eau à l'intérieur des canaux ioniques et des neurones vivants activés de mammifères[26]. Cette dernière permet une nouvelle façon de mesurer les potentiels de membrane et les flux d'ions dans les neurones en utilisant l'eau comme sonde[27].

Distinctions

Sylvie Roke est la lauréate de plusieurs subventions de l'ERC : ERC Synergy Grant (2020 ; avec Aurélien Roux, Université de Genève), ERC Proof of Concept Grant (2020), ERC Consolidator Grant (2014), ERC Startup Grant (2009)[28],[29].

Elle est membre élue de l'American Physical Society (APS ; 2020)[30],[31]. Elle est également membre de la Jeune Académie de l'Académie des sciences et des humanités de Berlin-Brandebourg (2010) et de l'Académie allemande des sciences naturelles, Leopoldina (2010), jeune boursière du Werner von Siemens Ring, et est sélectionnée pour le Réseau d'excellence de la Fondation Robert-Bosch.

Elle reçoit le Hertha-Sponer-Preis de la Société allemande de physique (2008), le prix Minerva de la Fondation néerlandaise pour la recherche fondamentale sur la matière (2006) et le prix L. J. Oosterhoff de l'université de Leyde.

Sylvie Roke participe à la création des start-up ORYL photonics et Matis[32],[33].

Sélection de travaux
  • M. E. P. Didier, O. B. Tarun, P. Jourdain, P. Magistretti et S. Roke, « Membrane water for probing neuronal membrane potentials and ionic fluxes at the single cell level », Nature Communications, vol. 9, no 1,‎ , p. 5287 (PMID 30538243, PMCID 6289965, DOI 10.1038/s41467-018-07713-w, Bibcode 2018NatCo...9.5287D)
  • Orly B. Tarun, Christof Hannesschläger, Peter Pohl et Sylvie Roke, « Label-free and charge-sensitive dynamic imaging of lipid membrane hydration on millisecond time scales », Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 115, no 16,‎ , p. 4081–4086 (PMID 29610320, PMCID 5910843, DOI 10.1073/pnas.1719347115)
  • Evangelia Zdrali, Yixing Chen, Halil I. Okur, David M. Wilkins et Sylvie Roke, « The Molecular Mechanism of Nanodroplet Stability », ACS Nano, vol. 11, no 12,‎ , p. 12111–12120 (PMID 29224343, DOI 10.1021/acsnano.7b05100)
  • Carlos Macias-Romero, Igor Nahalka, Halil I. Okur et Sylvie Roke, « Optical imaging of surface chemistry and dynamics in confinement », Science, vol. 357, no 6353,‎ , p. 784–788 (PMID 28729352, DOI 10.1126/science.aal4346, arXiv 1707.00590, S2CID 34685165)
  • Nikolay Smolentsev, Wilbert J. Smit, Huib J. Bakker et Sylvie Roke, « The interfacial structure of water droplets in a hydrophobic liquid », Nature Communications, vol. 8,‎ , p. 15548 (PMID 28537259, PMCID 5458086, DOI 10.1038/ncomms15548, Bibcode 2017NatCo...815548S)
  • Yixing Chen, Halil I. Okur, Nikolaos Gomopoulos, Carlos Macias-Romero, Paul S. Cremer, Poul B. Petersen, Gabriele Tocci, David M. Wilkins, Chungwen Liang, Michele Ceriotti et Sylvie Roke, « Electrolytes induce long-range orientational order and free energy changes in the H-bond network of bulk water », Science Advances, vol. 2, no 4,‎ , e1501891 (PMID 27152357, PMCID 4846452, DOI 10.1126/sciadv.1501891, Bibcode 2016SciA....2E1891C)
  • Nikolay Smolentsev, Cornelis Lütgebaucks, Halil I. Okur, Alex G. F. De Beer et Sylvie Roke, « Intermolecular Headgroup Interaction and Hydration as Driving Forces for Lipid Transmembrane Asymmetry », Journal of the American Chemical Society, vol. 138, no 12,‎ , p. 4053–4060 (PMID 26938772, DOI 10.1021/jacs.5b11776)
  • Rüdiger Scheu, Blake M. Rankin, Yixing Chen, Kailash C. Jena, Dor Ben-Amotz et Sylvie Roke, « Charge Asymmetry at Aqueous Hydrophobic Interfaces and Hydration Shells », Angewandte Chemie, vol. 126, no 36,‎ , p. 9714–9717 (DOI 10.1002/ange.201310266)
  • Rüdiger Scheu, Blake M. Rankin, Yixing Chen, Kailash C. Jena, Dor Ben-Amotz et Sylvie Roke, « Charge Asymmetry at Aqueous Hydrophobic Interfaces and Hydration Shells », Angewandte Chemie International Edition, vol. 53, no 36,‎ , p. 9560–9563 (PMID 25045022, DOI 10.1002/anie.201310266)
  • Alex G. F. De Beer et Sylvie Roke, « Nonlinear Mie theory for second-harmonic and sum-frequency scattering », Physical Review B, vol. 79, no 15,‎ , p. 155420 (DOI 10.1103/PhysRevB.79.155420, Bibcode 2009PhRvB..79o5420D)

Références
  1. (en-GB) « Welcome to LBP! », sur www.epfl.ch (consulté le )
  2. « 14 new professors at the two Federal Institutes of Technology | ETH-Board », sur www.ethrat.ch (consulté le )
  3. (en) S. Roke, J.M. Coquel et A.W. Kleyn, « The adsorption behaviour of isobutane on Pt(533): A combined RAIRS and TPD study », Chemical Physics Letters, vol. 323, nos 3-4,‎ , p. 201–208 (DOI 10.1016/S0009-2614(00)00528-5, lire en ligne)
  4. « Sylvie Roke », sur EPFL
  5. (en) Sylvie Roke, Aart W Kleyn et Mischa Bonn, « Time- vs. frequency-domain femtosecond surface sum frequency generation », Chemical Physics Letters, vol. 370, nos 1-2,‎ , p. 227–232 (DOI 10.1016/S0009-2614(03)00085-X, lire en ligne)
  6. Modèle:Cite thesis
  7. (en) Jerry I. Dadap, Hilton B. de Aguiar et Sylvie Roke, « Nonlinear light scattering from clusters and single particles », The Journal of Chemical Physics, vol. 130, no 21,‎ , p. 214710 (ISSN 0021-9606, DOI 10.1063/1.3141383, lire en ligne)
  8. (en) « Diving into surfaces », sur www.mpg.de (consulté le )
  9. (en-GB) « Institute of Bioengineering », sur www.epfl.ch (consulté le )
  10. « Materials - STI - School of Engineering », sur sti.epfl.ch (consulté le )
  11. (en) Dietrich Reinhard, « New Directors' Tandem Heading the EPFL's Institute of Bioengineering »,
  12. Halil I. Okur, Orly B. Tarun et Sylvie Roke, « Chemistry of Lipid Membranes from Models to Living Systems: A Perspective of Hydration, Surface Potential, Curvature, Confinement and Heterogeneity », Journal of the American Chemical Society, vol. 141, no 31,‎ , p. 12168–12181 (ISSN 0002-7863, DOI 10.1021/jacs.9b02820, lire en ligne)
  13. Sylvie Roke, « Nonlinear Optical Spectroscopy of Soft Matter Interfaces », ChemPhysChem, vol. 10, nos 9-10,‎ , p. 1380–1388 (ISSN 1439-4235, DOI 10.1002/cphc.200900138, lire en ligne)
  14. Hilton B. de Aguiar, Jean-Sebastien Samson et Sylvie Roke, « Erratum to: ‘‘Probing nanoscopic droplet interfaces in aqueous solution with vibrational sum-frequency scattering: A study of the effects of path length, droplet density and pulse energy’ [Chem. Phys. Lett. 512 (2011) 7680] », Chemical Physics Letters, vol. 531,‎ , p. 275 (ISSN 0009-2614, DOI 10.1016/j.cplett.2012.01.055, lire en ligne)
  15. Mark A. Johnson, Todd J. Martinez, Paul S. Cremer et Jay T. Groves, Annual review of physical chemistry. Volume 63, 2012, Palo Alto, Calif., Annual Reviews, (ISBN 978-0-8243-1063-9, OCLC 819747683, lire en ligne)
  16. Evangelia Zdrali, Yixing Chen, Halil I. Okur, David M. Wilkins et Sylvie Roke, « The Molecular Mechanism of Nanodroplet Stability », ACS Nano, vol. 11, no 12,‎ , p. 12111–12120 (ISSN 1936-0851, DOI 10.1021/acsnano.7b05100, lire en ligne)
  17. Yixing Chen, Kailash C. Jena, Cornelis Lütgebaucks, Halil I. Okur et Sylvie Roke, « Three Dimensional Nano “Langmuir Trough” for Lipid Studies », Nano Letters, vol. 15, no 8,‎ , p. 5558–5563 (ISSN 1530-6984, DOI 10.1021/acs.nanolett.5b02143, lire en ligne)
  18. Nikolay Smolentsev, Wilbert J. Smit, Huib J. Bakker et Sylvie Roke, « The interfacial structure of water droplets in a hydrophobic liquid », Nature Communications, vol. 8, no 1,‎ (ISSN 2041-1723, DOI 10.1038/ncomms15548, lire en ligne)
  19. Nikolaos Gomopoulos, Cornelis Lütgebaucks, Qinchao Sun, Carlos Macias-Romero et Sylvie Roke, « Label-free second harmonic and hyper Rayleigh scattering with high efficiency », Optics Express, vol. 21, no 1,‎ , p. 815 (ISSN 1094-4087, DOI 10.1364/oe.21.000815, lire en ligne)
  20. Cornelis Lütgebaucks, Grazia Gonella et Sylvie Roke, « Optical label-free and model-free probe of the surface potential of nanoscale and microscopic objects in aqueous solution », Physical Review B, vol. 94, no 19,‎ (ISSN 2469-9950, DOI 10.1103/physrevb.94.195410, lire en ligne)
  21. Yixing Chen, Halil I. Okur, Nikolaos Gomopoulos, Carlos Macias-Romero, Paul S. Cremer, Poul B. Petersen, Gabriele Tocci, David M. Wilkins, Chungwen Liang, Michele Ceriotti et Sylvie Roke, « Electrolytes induce long-range orientational order and free energy changes in the H-bond network of bulk water », Science Advances, vol. 2, no 4,‎ , e1501891 (ISSN 2375-2548, DOI 10.1126/sciadv.1501891, lire en ligne)
  22. (en) J. Dedic, H. I. Okur et S. Roke, « Polyelectrolytes induce water-water correlations that result in dramatic viscosity changes and nuclear quantum effects », Science Advances, vol. 5, no 12,‎ , eaay1443 (ISSN 2375-2548, DOI 10.1126/sciadv.aay1443, lire en ligne)
  23. Carlos Macias-Romero, Igor Nahalka, Halil I. Okur et Sylvie Roke, « Optical imaging of surface chemistry and dynamics in confinement », Science, vol. 357, no 6353,‎ , p. 784–788 (ISSN 0036-8075, DOI 10.1126/science.aal4346, lire en ligne)
  24. C. Macias-Romero, V. Zubkovs, S. Wang et S. Roke, « Wide-field medium-repetition-rate multiphoton microscopy reduces photodamage of living cells », Biomedical Optics Express, vol. 7, no 4,‎ , p. 1458 (ISSN 2156-7085, DOI 10.1364/boe.7.001458, lire en ligne)
  25. Gregor Zwaschka, Igor Nahalka, Arianna Marchioro, Yujin Tong, Sylvie Roke et R. Kramer Campen, « Imaging the Heterogeneity of the Oxygen Evolution Reaction on Gold Electrodes Operando: Activity is Highly Local », ACS Catalysis, vol. 10, no 11,‎ , p. 6084–6093 (ISSN 2155-5435, DOI 10.1021/acscatal.0c01177, lire en ligne)
  26. Orly B. Tarun, Maksim Yu. Eremchev, Aleksandra Radenovic et Sylvie Roke, « Spatiotemporal Imaging of Water in Operating Voltage-Gated Ion Channels Reveals the Slow Motion of Interfacial Ions », Nano Letters, vol. 19, no 11,‎ , p. 7608–7613 (ISSN 1530-6984, DOI 10.1021/acs.nanolett.9b02024, lire en ligne)
  27. M. E. P. Didier, O. B. Tarun, P. Jourdain, P. Magistretti et S. Roke, « Membrane water for probing neuronal membrane potentials and ionic fluxes at the single cell level », Nature Communications, vol. 9, no 1,‎ (ISSN 2041-1723, DOI 10.1038/s41467-018-07713-w, lire en ligne)
  28. (en-US) « ERC-Grant-Roux-Roke », sur NCCR in Chemical Biology (consulté le )
  29. « Zoom sur les flux d'eau cellulaires-Brèves-Lʹisolement en psychiatrie-La fabrication du vin sous surveillance chimique - Radio », sur Play RTS (consulté le )
  30. (en) « Home - Unit - DCP », sur engage.aps.org (consulté le )
  31. (en) Nik Papageorgiou, « Suliana Manley and Sylvie Roke elected APS Fellows »,
  32. (en-US) « ORYL Photonics | Light for Life », sur ORYL Photonics (consulté le )
  33. (en) « Startups developing a software to automate brain tumor detection, suspended drones for harvesting, innovative spinal care, an IR camera for authentication of artworks, and next generation cancer diagnostic and monitoring each win CHF 10,000 », sur www.venturekick.ch (consulté le )

Liens externes
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