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Accueil du site > Equipes scientifiques > Matière Molle : Structure et Dynamique - M2SD

Transformation de la matière molle via des interactions faibles

Une caractéristique fondamentale des systèmes de la matière molle est que leurs propriétés sont gouvernées par des énergies d’interaction relativement faibles. Pour cette raison, ils peuvent subir des modifications significatives en réponse à des changements modestes des variables thermodynamiques (température, concentration). Cette sensibilité ouvre de réelles occasions de manipulation de l’organisation et de la fonctionnalité des matériaux. Plusieurs de nos activités dans le groupe ont trait à cette thématique de recherche.

Auto-assemblage guidé par des interactions spécifiques :

Les acides nucléiques sont des polyélectrolytes d’origine biologique porteurs d’une charge négative élevée.

Données d’ITC pour la titration du diC16-LNA-dA par le poly-U (a) et du diC14dT-Phe par le poly-A. La courbe supérieure représente la puissance en fonction du temps. La courbe du bas représente l’enthalpie molaire en fonction du rapport molaire acide nucléique – lipide nucléotide.

Les acides nucléiques sont des polyélectrolytes d’origine biologique porteurs d’une charge négative élevée. Ils sont donc formulés avec des molécules ou particules cationiques (lipides, polymères, etc.) afin de former des complexes pouvant être utilisés dans différentes applications de vectorisation de type thérapie génique. En collaboration avec P. Barthélémy (INSERM ARNA, Bordeaux), nous avons cherché à établir les mécanismes de complexation entre acides nucléiques et structures auto-assemblées de nucléolipides (molécule amphiphile qui associe une partie lipophile à un nucléoside). Des expériences à l’interface air/eau (collaboration B. Desbat CBMN, Bordeaux) nous ont permis de mettre en évidence des propriétés uniques avec, par exemple, la formation d’une structure en bicouche pour de faibles pressions de surface de la cuve [E4-37]. Une étude systématique des propriétés thermodynamiques de l’association et de la dissociation des dérivés adénine et thymine [E4-68] nous a servi de base à l’étude des systèmes plus complexes formés par des nucléolipides et des acides nucléiques. De façon générale, la thermodynamique de ces interactions est complexe et montre parfois de fortes spécificités. Des nucléolipides hybrides contenant des acides nucléiques à conformation bloquée (Locked Nucleic Acid) présentent des propriétés d’association améliorées avec des brins d’ARN en comparaison des analogues lipides–ADN. Ces systèmes présentent des affinités d’interaction fortes qui gouvernent la formation de complexes stables [E4-55]. La nature de la base module non seulement la charge mais également la forme de la molécule amphiphile. Il en résulte une forte corrélation entre la nature chimique du nucléolipide et la morphologie du complexe formé [E4-53]. En couplant des techniques de diffraction des rayons X et de spectroscopie (UV et IR), nous démontrons l’existence d’un grand nombre de morphologies (vésicules uni ou multi lamellaires, fibres, phases lamellaires) dont le mécanisme de formation est gouverné par un équilibre subtil entre des interactions faibles de type liaison hydrogène ou empilement pi. Enfin, les études sur l’efficacité biologique des complexes confirment le rôle central du caractère mésogène du lipide largement influencé par la nature de la base portée par la tête polaire [E4-9].

Structuration spontanée de surfaces hydrophobes en contact avec de l’eau :

L’effet de charges de surface sur la distribution ionique à proximité de l’interface solide/liquide a été largement étudié. En revanche, l’influence des ions sur les interfaces déformables est moins bien connue. Nous avons montré qu’en l’absence de gaz dissous certains ions peuvent s’adsorber sur des surfaces hydrophobes et générer des forces qui peuvent induire une déformation durable des films de polymère vitreux [E4-85].

La quantité de gaz dissous détermine la nature de la structuration de la surface. Des films de PS ont été immergés 10 minutes dans l’eau à pH 1,5. Peu de temps après le dégazage une nanostructuration importante est observée. Des quantités croissantes de gaz dans la solution limitent la structuration. Les ions avec un fragment hydrophobe ont un effet plus important que les ions

Cette étude aborde trois points controversés : la présence d’une couche de faible densité à l’interface entre une surface hydrophobe et de l’eau, l’adsorption préférentielle des ions hydroxyle ou hydronium sur des surfaces hydrophobes et la présence d’une zone de mobilité accrue à la surface des films vitreux de polystyrène. Ce phénomène est ion-spécifique : des modifications de surface plus importantes sont observées en présence des ions issus de l’autoprotolyse de l’eau (H3O+ et OH-), ainsi que d’ions hydrophobes et amphiphiles [E4-98]. Nous avons utilisé ce phénomène pour étudier la structure et la dynamique des films de polymère vitreux [E4-36]. Cet effet peut être ajusté pour modifier différents substrats hydrophobes et ouvre des voies efficaces pour produire des motifs contrôlés à l’échelle nanométrique sur ces substrats.