Contrôle de l’auto-organisation de virus en forme de filament par modulation de leur interactions via la force ionique, des polymères hydrophiles et des nanoparticules métalliques

Abstract

Les bactériophages en forme de filament, en raison de leurs propriétés physiques uniques, telles que leur monodispersité en taille et leur haute stabilité colloïdale, sont largement utilisés en matière molle en tant que système modèle de bâtonnets colloïdaux. En dispersions aqueuses, l'auto-organisation de ces virus s’est révélée être essentiellement conduite par l’entropie, ce qui implique des interactions purement répulsives entre les particules virales. Dans cette thèse, en modifiant la nature des interactions entre les bâtonnets viraux, nous avons étudié leur auto-organisation en phase cristal-liquides. Dans ce but, nous avons d'abord étudié un système de bâtonnets purement répulsifs à très basse force ionique, et longue répulsion électrostatique. Le comportement de phase de ces suspensions a été déterminé par l’utilisation de la diffusion des rayons X aux petits angles et de la microscopie optique. Nous avons montré que la phase Smectique-A n’est pas stable dans les cas de forte répulsion électrostatique entre particules virales et que le système présente une transition directe de la phase de Cholestérique à la phase Smectique-B en augmentant la fraction volumique. De plus, nos résultats mettent en évidence que les virus dans ces conditions ne forment pas de verres colloïdaux à forte concentration, ce qui contredit de récents travaux réalisés sur le même système.Dans une deuxième partie, nous avons modifié les interactions entre particules virales passant de purement répulsives à attractives en ajoutant des polymères libres aux suspensions, ce qui conduit à un effet de déplétion. En utilisant des polymères dont la taille est similaire au diamètre des bâtonnets, l'auto-organisation des virus, initiée dans la phase cristal-liquide cholestérique, conduit à une croissance de superstructures hélicoïdales. Dans ces structures, les bâtonnets sont principalement orientés le long de l'axe principal et présentent un ordre positionnel à longue portée, démontré par la diffusion des rayons X aux petits angles et le suivi de particules individuelles en microscopie optique. Les diagrammes de phase dse mélanges virus/polymères ainsi que la stabilité dans le temps des superstructures hélicoïdales ont été déterminés et comparés pour deux tailles différentes de polymères.Dans la dernière partie, nous avons favorisé les interactions attractives de Van der Waals dans notre système en introduisant des nanoparticules d'or dans des colloïdes hybrides auto-assemblés à base de virus. Ainsi, différents colloïdes hybrides consistant en un (en forme de sceptre) ou deux (dibloc) virus attachés à la même nanoparticule d'or ont été produits. Cette approche utilisant les nanoparticules d'or a été étendue afin de lier ensemble deux virus de différentes longueurs pour obtenir des diblocs colloïdaux asymétriques. L'auto-organisation des particules en forme de sceptre et des diblocs symétriques induite par déplétion a été explorée et les diagrammes de phases correspondants ont été établis. Nous avons ainsi montré que les interactions de Van der Waals entre nanoparticules d'or favorise la formation de fibrilles de type Smectique-B dans lesquelles les particules de virus sont organisées en une succession de couches séparées par des couches de nanoparticules d’or. Finalement, nous avons étudié l'effet de l'introduction d'une faible asymétrie dans de ces colloïdes hybrides et l’effet sur la ségrégation potentielle de leurs blocs respectifs au travers de la formation de phase lamellaire de type Smectique-A.Dans cette thèse, nous avons ainsi démontré une manière efficace de contrôler l'auto-organisation de colloïdes en forme de filament en modifiant leurs interactions, ce qui conduit à la formation de diverses morphologies auto-assemblées originales.