Dynamique d'auto-assemblages de virus en bâtonnets et de nanoparticules d'or : des particules en forme de bâton aux étoiles colloïdales

Abstract

Dans cette thèse, nous étudions la diffusion d'auto-assemblages hybrides à base des virus en forme de filament et des nanoparticules d'or. Dans ce but, nous utilisons des bactériophages qui ont été génétiquement modifiés afin de posséder des groupements cystéines exposés à leur extrémité proximale. La présence des ponts disulfure à l'une de leurs pointes leur permet ainsi de se lier aux nanoparticules métalliques par une liaison covalente de coordination. La morphologie des différents colloïdes hybrides formés dépend de l'excès molaire initial entre virus et nanoparticules. Lorsque les deux éléments sont placés dans la même proportion, leur interaction conduit à la formation de particules en forme d'allumettes (« matchstick-like ») qui consiste en un virus de 1 _m long attaché par sa pointe à une seule nanoparticule d'or. Cependant, si les virus sont en grand excès, cela se traduit par la formation de structures colloïdales en étoile (« colloidal stars ») formées par plusieurs virus attachés à une seule nanoparticule d'or. La dynamique brownienne de ces structures en régime dilué et dense a été étudiée pardiffusion dynamique de la lumière et par suivi temporel des particules individuelles enmicroscopie optique. L'un des avantages majeurs de l'utilisation combinée de ces deux techniques est la possibilité d'étudier séparément les différents éléments qui composent les colloïdes hybrides. Plus précisément, la forte diffusion de la lumière associée aux nanoparticules d'or permet la détermination des propriétés dynamiques de la structure en observant principalement la nanoparticule liée, alors que le marquage du virus avec des colorants fluorescents permet la mesure de leurs coefficients de diffusion par microscopie optique. Nos résultats sur la diffusion des particules « matchstick-like » en fonction de la taille des nanoparticules soulignent la flexibilité de la liaison virus-nanoparticule. Étant donné que ces structures sont intrinsèquement asymétriques, nous avons aussi évalué la possibilité d'induireune autopropulsion par effet thermophorétique afin d'obtenir des colloïdes hybrides actifs. Nous avons également étudié quantitativement l'auto-organisation et la diffusion des « colloidal stars » en fonction de leur fraction volumique. Lorsque la concentration augmente, on observe un arrêt progressif de leur dynamique liée à l'interdigitation des virus qui suggère un état vitreux en régime dense. Dans la dernière partie de cette thèse, nous formulons de nouveaux mutants de bactériophages qui ont la propriété de se lier à des nanoparticules métalliques aux deux extrémités. Ceci conduit au développement de nouvelles superstructures hybrides avec un design plus versatile.