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

Diffusion et dynamique d’objets anisotropes

Dynamique dans les mésophases smectiques et colonnaires à l’échelle de la particule unique :

Profitant du suivi temporel des virus à l’échelle de la particule individuelle en microscopie de fluorescence, nous avons étudié en collaboration avec le FZJ de Jülich la dynamique des virus fd auto-organisés dans différentes mésophases concentrées. Grâce à des mutants de virus présentant une flexibilité variable, nous avons quantifié l’influence de la rigidité de la particule colloïdale sur ses propriétés de diffusion[E4-33].

Suivi par microscopie de fluorescence de la trajectoire d’un virus semi-rigide dans la phase lamellaire. Des sauts entre couches smectiques adjacentes et de la diffusion intra-couche sont observés.

Si le transport de matière entre couches smectiques par sauts quantifiés d’amplitude égale à une longueur de virus a été confirmé, il a de plus été montré que la rigidité de la particule améliorait la diffusion à l’intérieur des couches smectiques. Nous avons étendu ces investigations à la phase colonnaire hexatique récemment découverte au laboratoire, où nous avons mis en évidence la présence d’événements rares correspondant à des sauts d’amplitude moyenne égale à une demi-longueur de virus, résultant du déplacement des particules virales dans les dislocations de la mésophase[E4-61].

Mouvement brownien anisotrope dans des phases organisées de fragments d’ADN :

En utilisant la technique de retour de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) adaptée sur un microscope confocal, nous avons étudié le mouvement brownien de fragments d’ADN présents dans deux phases anisotropes (ordre local nématique) différentes. Un modèle spécialement conçu a permis d’obtenir de façon indépendante les deux composantes du coefficient de diffusion [E4-35]. Lorsque l’ADN est inséré dans une phase lamellaire, l’amplitude et l’anisotropie du coefficient de diffusion des fragments d’ADN confinés par les bicouches lipidiques sont obtenues pour la première fois. Pour le système binaire ADN – solvant, l’amplitude du coefficient de diffusion décroit fortement lorsque la concentration en ADN augmente de la phase isotrope à la phase cholestérique.

Particules ellipsoïdales :comportements à l’interface eau-air et effets mécaniques de la lumière :

Les particules ellipsoïdales, lorsqu’elles sont disposées à l’interface entre deux fluides, interagissent très fortement entre elles et à longue distance. Le phénomène vient de ce que la ligne de contact (air-liquide-solide) sur un ellipsoïde n’est pas une courbe plane et que, par conséquent, l’interface au voisinage de la particule est déformée [E4-3]. Le phénomène est très courant dans la nature – la non sphéricité est la condition ordinaire – et il est potentiellement important en biologie à l’échelle des inclusions membranaires, si l’on tient compte de ce que le raccordement avec la membrane est en général non plan.

Exemples de cycles limites (courbes noire et rouge) obtenus par des simulations numériques en optique géométrique de la dynamique d’une particule ellipsoïdale soumise aux forces de pression de radiation d’un faisceau laser.

Nous avons étudié les propriétés particulières de particules de polystyrène étirées (prolate) ou aplaties (oblate) à partir d’expériences dédiées qui utilisent l’interférométrie et la manipulation optique par pression de radiation [E4-44]. En parallèle, nous avons développé un ensemble de simulations numériques portant sur les déformations et interactions capillaires, ainsi que sur les effets mécaniques de la lumière sur ces particules.

La manipulation par laser est un outil qui permet de déplacer et localiser des particules, ainsi que de mesurer des forces de l’ordre du piconewton. Dans une partie de nos travaux, le procédé est utilisé pour amener une particule à l’interface et étudier la dynamique du mouillage sur un objet non sphérique [E4-54]. Ces expériences ont révélé un effet inattendu d’oscillations entretenues des particules de grands allongements sous illumination laser. Les objectifs de l’étude intéressent à la fois les applications de la manipulation optique en nano-ingénierie et les études menées en amont sur la diffusion du rayonnement électromagnétique par des particules non sphériques de grandes tailles (10 µm). Dans ce contexte, l’ellipsoïde est une base académique pour aborder d’autres problèmes impliquant des objets allongés (virus, bactéries, nano-bâtonnets) ou aplatis (globules, cellules, disques, agrégats…). Très récemment, nous avons ouvert une nouvelle voie en nous intéressant aux effets thermiques associés à l’illumination laser de ces particules aux interfaces.