JCJC SIMI 8 - JCJC - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie

Auto-organisation en cristaux-liquides de colloïdes thermosensibles par fonctionnalisation régio-sélective d’un système modèle de particules virales. – AURORE

Auto-assemblages d'un système modèle de nanoparticules anisotropes

Auto-organisation en cristaux-liquides de colloïdes thermosensibles par fonctionnalisation régio-sélective d’un système modèle de particules virales.

Vers de nouvelles particules anisotropes colloïdales 'patchy' et étude de leur auto-organisation

Le premier objectif du projet de recherche AURORE est de développer une fonctionnalisation originale de virus en forme de filament, qui sont par leur monodispersité, leur haut degré de symétrie, et leur stabilité un système modèle de nanoparticules anisotropes. <br />L'enjeu est de former nouvelle génération de particules colloïdales présentant des interactions directionnelles (appelées aussi ‘patchy particles’) grâce à une fonctionnalisation chimique régio-sélective. En effet, ces nouvelles formes d’auto-assemblages colloïdaux mimant les systèmes moléculaires constituent un domaine en pleine émergence. Du fait de l’échelle colloïdale, ces ‘patchy’ particules permettront de mieux comprendre les mécanismes des systèmes moléculaires, mais aussi de développer de nouveaux matériaux dont les briques élémentaires sont supramoléculaires.

- Chimie bioconjuguée
- Phage display
- Microscopie de fluorescence
- Diffraction des rayons X aux petits angles

Première preuve de principe de viro-LEGO, ie.e d'auto-assemblage dirigé à base de virus anisotropes.

Au delà de l'élaboration de nouvelles particules colloïdales à interactions directionnelles, leur organisation en solution et l'élaboration de structures hiérarchiques constituent les principales perspectives à ce travail.

Alexis de la Cotte, et al. «Regio-functionalized filamentous viruses based colloidal stars« (Soumis).

L’utilisation de bioparticules et plus spécifiquement de virus, comme brique élémentaire pour générer des nouveaux matériaux hautement structurés, est un domaine en plein essor dans les nanosciences et les biotechnologies. En effet, les virus présentent des caractéristiques uniques que sont leur haut degré de symétrie, leur uniformité de taille et de forme, leur surface chimiquement déterminée, leur facilité de production, leur biocompatibilité, etc… Ils apparaissent ainsi comme des superstructures organiques fonctionnelles et versatiles pour les chimistes, et comme des particules modèles pour les physiciens de la matière molle.
Dans ce projet, nous proposons d’étudier un virus en forme de filament, le bactériophage fd, déjà étudié avec succès comme système modèle de particules anisotropes pour l’auto-organisation en phases cristal-liquides. Nous souhaitons construire de nouveaux colloïdes à base de ces virus qui présenteront des propriétés thermosensibles, et étudier leur comportement d’auto-assemblage à l'échelle de la particule unique. La spécificité des fonctions chimiques réactives présentes à la surface du virus fd sont un atout majeur pour régio-fonctionnaliser ce virus et ainsi développer de nouvelles particules colloïdales, ouvrant alors la voie à l'élaboration d’auto-assemblages complexes. L’objectif est de moduler l'auto-organisation des virus fonctionnalisés non plus seulement par la concentration en particules, mais aussi, et de façon réversible, par la température grâce au greffage chimique spécifique sur le virus de (co)polymères thermosensibles.
Deux nouveaux systèmes colloïdaux à base de virus seront développés dans notre projet:

1) La formation d'amphiphiles colloïdaux par liaison covalente deux virus par leurs extrémités, le premier virus étant naturellement hydrophile et le second hydrophobe grâce au greffage d'un polymère thermosensible (de type poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAM) sur sa surface. Le système dual (virus hydrophile)-(virus hydrophobe) constituera un système de ‘patchy’ particules, ayant comme paramètre ajustable la température pour diriger l'auto-assemblage. Ces particules constitueront le premier système colloïdal mimant les amphiphiles moléculaires, et ce à différentes échelles, des superstructures de quelques unités en particules ("molécules colloïdales") aux mésophases tridimensionnelles constitutives. La taille colloïdale permettra de mener aisément des investigations sur les mécanismes d'auto-assemblage et de transitions de phase dans ces systèmes amphiphiles.

2) L'induction par la température de colloïdes présentant un diamètre variable suite à la fonctionnalisation chimique par les copolymères diblocs thermosensibles. Le premier bloc greffé à la surface du virus sera thermosensible (de type PNIPAM), tandis que le second bloc extérieur exposé au solvant restera hydrophile quelle que soit la température. Le diamètre effectif associé aux virus chimiquement modifiés sera alors ajustable avec la température, tout en maintenant la stabilité colloïdale de la dispersion. D’après la théorie d’Onsager de la transition isotrope-nématique, un tel changement de diamètre de la particule conduira à la formation, réversible avec la température, d’une mésophase sur un système intrinsèquement lyotrope. Après validation sur le système modèle de virus fd, cette stratégie de fonctionnalisation sera ensuite étendue à des dispersions d'intérêt technologique formées de nanotubes de carbone.

Profitant de l'échelle colloïdale des virus fd permettant leur visualisation à l’échelle de la particule unique en microscopie optique, des études structurales et dynamiques de l’auto-organisation de ces deux systèmes à base de virus seront effectuées en fonction de la température. Cette approche devrait donc ouvrir de nouvelles voies dans le contrôle de (nano)particules anisotropes en structures organisées à l'échelle mésoscopique et macroscopique.

Coordinateur du projet

Monsieur Eric Grelet (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 235 000 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2014 - 48 Mois

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