Auto-assemblage hierarchique de batonnets colloidaux biologiques – HARB

Nous visons à caractériser notre matériel sur plusieur échelles de longueurs. La structure locale de du matériau est étudiée avec les rayon-x à l'ESRF (synchrotron), tandis que la structuration a grandes longueurs d'onde est caractérisée à l'aide des techniques de microscopie: 2D-LC-PolScope pour mesurer l'orientation des bâtonnets, la fluorescence pour suivre les bâtonnets individuellement, DIC pour mesurer les fluctuations, des pinces optiques pour manipuler et mesurer l’élasticité des structures,

Synthèse de bio-colloïdes:
Jusqu'à présent, nous avons développé une nouvelle génération de colloïdes biologiques en utilisant des mutations sur le virus de fd-wild type. En particulier, nous avons crée un virus qui est identique au fd wild type excepte pour sa chiralité, il s'incline naturellement par rapport a ces voisins dans le sens antihoraire tandis que fd -wild type s'incline dans le sens horaire. Nous avons aussi développer un mutant qui est 1,3 fois plus lond que le fd wild type.

Physiques:
1-La frustration géométrique et les défauts topologiques résultant jouent un rôle important dans
la détermination des propriétés structurelles, mécaniques et optiques des matériaux. Toutefois, localisée, la structure de défauts rend difficile leurs études dans les systèmes moléculaires. Nous décrivons un défaut de ligne, appelée pi-wall qui est incorporé dans membranes colloïdales 2D
composé de batonnets chiraux (fd-wild type). La taille des batonnets constitutifs permet une caractérisation très détaillée du defaut. La microscopie optique révèle la structure et l'énergétique du piwalls, et illumine un processus de coalescence conduisant à leur formation. en outre
d'etre forme par coalescence de dux membranes, les pi-walls peuvent également être conçus en utilisant des forces optiques. Le système de modèle de pi-walls permet des études fondamentales sur des aspects universels de l'interaction entre les défauts de ligne qui sont directement applicables à divers systèmes colloïdaux et moléculaire. D'un point de vue des applications, l'impression de pi-wall ouvre une nouvelle voie pour l'assemblage de reseaux complexe 2D et sert également de moule pour l'organisation de colloïdes. L'article est sur le point soumis.
2- Nous avons démontré que les mélanges de virus avec chiralité opposée forment encore des membranes colloïdales homogènes, mais ponctué de défauts. Ce projet est en cours et un article est en préparation.

Nous allons mélanger des virus de deux longueurs différentes pour voir s'ils démixent. Si c'est le cas cela pourrait être un système modèle pour approcher le problème de 'membrane rafts'.

voir la partie résultats

Les biomatériaux sont souvent structurés de manière hiérarchique de l'échelle microscopique (angström-nanomètre) jusqu'a l'échelle macroscopique (millimètre). Un exemple concret vient de m'a propre recherche dans laquelle j'ai démontré que cette hiérarchie est basée sur le virus fd qui est utilisé comme brique élémentaire pour des assemblages macroscopiques. Aux plus petites échelles chaque virus est assemblé a partir d’un brin d’AND et de milliers de copies identiques des protéines major de recouvrement. A l’échelle mésoscopique, l’attraction du a des polymères non-adsorbants condense la phase diluée de virus en micro-membranes metastables. Apres mélange tous les virus coalescent rapidement dans ce type de structure. Une paire de ces micro-membranes s’attire aussi mutuellement du fait des polymères environnants et s’auto-organisent en ruban hélicoïdaux. Ces rubans maximisent leurs interfaces du fait du control de la ligne de tension par la chiralite. Sur des échelles de temps plus longues ce processus de coalescence continue et les rubans atteignent des tailles millimétriques.

Le but de ce projet est d’élucider les chemins par les quels des bio-polymères (ici des virus fd) s’auto assemblent en materiaux macroscopiques et d’établir une relation entre le macroscopique (proprietés structurelles, optiques et mechaniques des materiaux) et l’achitecture des virus fd a l’échelle microscopique. Ces virus seront de plus modifier génétiquement afin de réaliser des rapport d’aspect allant de 300 nm a 3000 nm.

Dans une première partie nous étudierons des membranes colloïdales. Ces membranes sont a l’équilibre thermodynamique et sont obtenus en mixant des polymères non-adsorbant a une solution isotrope de virus. On changera la porté de l’attraction, induite par les polymères, entre les virus pour cristalliser ces membranes. Dans une seconde partie, nous développeront des virus avec faible rapport d’aspect afin d’induire une transition de membrane a vésicule. Finalement, nous développerons des virus avec un grand rapport d’aspect afin de former des phases vitreuses.

Au niveau des techniques, nous placerons notre attention a relier entre elles les propriétés structurelles (microscopie et diffusion du rayonnement ), mécaniques (rhéologie) et dynamique (microscopie et diffusion du rayonnement ) de ces assemblages macroscopiques a tous les niveaux d’ échelles hiérarchiques. Ce projet est orienté par mon travail de recherche actuel et s’inscrit bien dans la thématique de développement du laboratoire d’accueil (LPENS a Lyon).