La figure IV.8 récapitule les résultats obtenus dans le cadre de l’étude de l’influence de la viscosité sur le glissement à la paroi pour des liquides confinés entre une sphère en Pyrex (mouillante) et un plan silanisé à l’OTS (non mouillant). On peut noter une très légère tendance à la diminution de la longueur de glissement lorsque la concentration en glycérol augmente. Cependant, les variations de longueurs de glissement observées restent dans la barre d’erreur de la longueur de glissement pour notre détermination expérimentale. Il n’y a donc pas d’effet significatif de la viscosité sur la longueur de glissement, même pour une augmentation de la viscosité d’un facteur cinquante.
20 15 10 5 0
b (nm)
5 6 7 8 9 0.001 2 3 4 5 6 7 8 9 0.01 2 3 4 5η (Pa.s)
Fig. IV.8 : Bilan des résultats expérimentaux obtenus pour de l’eau et des solutions aqueuses de glycérol, confinés entre une sphère en Pyrex et un plan en pyrex silanisé à l’OTS : la longueur de glissement b est représentée en fonction de la viscosité η du liquide.
Ces résultats sont conformes aux prédictions théoriques pour le glissement molécu-laire présentées dans le chapitre I, puisque que la condition limite hydrodynamique ne dépend pas de la viscosité du liquide. Par contre, ils ne correspondent pas au prédictions
3. Conclusion et perspectives pour un glissement sur un film de gaz dissous.
3 Conclusion et perspectives
Les résultats expérimentaux obtenus dans notre équipe pour le glissement de liquides simples sur des surfaces lisses montrent clairement l’importance cruciale de l’interac-tion liquide-solide pour le glissement. Dans les situal’interac-tions mouillantes ou partiellement mouillantes, nous obtenons une condition limite de non glissement à l’interface liquide-solide, en revanche dans les situations non mouillantes, nous obtenons une longueur de glissement qui augmente avec l’angle de contact du liquide sur le solide. L’ordre de grandeur des longueurs de glissements mesurées est de la dizaine de nanomètres.
Ces résultats expérimentaux sont accord qualitatifs avec les prédictions de l’approche moléculaire pour le glissement intrinsèque sur des surfaces atomiquement lisses. Bien que les longueurs de glissement expérimentales soient systématiquement supérieures aux pré-dictions théoriques, elles restent d’un ordre de grandeur similaire.
Nous n’observons pas d’évolution significative de la condition limite hydrodynamique avec la viscosité du liquide, ce qui indique que les résultats que nous avons obtenus ne correspondent pas à un glissement sur une couche de gaz.
Pour aller plus loin, et étudier de façon systématique l’influence de la pression hy-drostatique et des gaz dissous sur le glissement interfacial, il est nécessaire de pouvoir contrôler l’atmosphère dans laquelle ont lieu les expériences de nanorhéologie, ce qui est impossible avec notre dispositif expérimental actuel. Comme nous l’avons mentionné dans le chapitre III, nous prévoyons de construire un nouveau dispositif expérimental permettant un tel contrôle environnemental.
Par ailleurs, l’étude de l’interface liquide-solide par réflectivité de neutrons peut per-mettre de détecter la présence d’une couche de déplétion du liquide à la paroi solide, et de mesurer son épaisseur. Ainsi Doshi et al. [36] ont détecté une couche de déplétion à l’interface entre de l’eau lourde (D2O) et une couche d’OTS. L’épaisseur de cette couche varie avec la nature et la quantité des gaz dissous, et est comprise entre 5 et 10 Å. Il serait particulièrement intéressant de combiner des expériences de nanorhéologie en environnement contrôlé à des expériences de réflectivité de neutrons pour déterminer à la fois la condition limite hydrodynamique et le profil de densité du liquide sur un même système. Pour ce faire, une collaboration est prévue avec Max Wolf de l’ILL à Grenoble. Enfin, pour étudier l’influence de la présence de poches de gaz à l’interface liquide-solide sur la condition limite hydrodynamique, nous avons utilisé des surfaces super-hydrophobes. Les résultats que nous avons obtenu sur ces systèmes sont présentés et discutés dans la deuxième partie de cette thèse.
Chapitre V
Surfaces d’intérêt biologique :
membranes supportées de
phospholipides
Sommaire
1 Vieillissement d’une monocouche hydratée . . . 109 1.1 Dépôt d’une monocouche de DPPC – méthode de
Langmuir-Blodgett . . . 109 1.2 Évolution de l’état de surface d’une monocouche hydratée . . 111 1.2.1 Mesure d’angles de contact . . . 111 1.2.2 Topographie AFM . . . 112 1.2.3 Bilan . . . 113 1.3 Mesures de nanorhéologie . . . 114 1.4 Conclusion . . . 115 2 Bicouches en phase gel . . . 115 2.1 Bicouche de DPPC déposée par la méthode de Langmuir-Blodgett115 2.1.1 Préparation et caractérisation de la surface . . . 115 2.1.2 Mesures de nanorhéologie . . . 116 2.2 Bicouche de DPPC déposée par fusion de vésicules . . . 118 2.2.1 Préparation et caractérisation de la surface . . . 118 2.2.2 Mesures de nanorhéologie . . . 120 2.3 Bilan et discussion . . . 124 3 Bicouche en phase fluide . . . 125
3.1 Dépôt d’une bicouche de DOPC par coadsorption de micelles mixtes . . . 125 3.2 Mesures de nanorhéologie . . . 127 3.3 Discussion . . . 130 4 Conclusion et perspectives . . . 133
Les phospholipides sont des molécules amphiphiles, constituées d’une tête polaire hy-drophile et d’une double chaîne aliphatique hydrophobe. Ce sont les constituants princi-paux des membranes cellulaires. Les bicouches supportées de phospholipides constituent
un système modèle pour les membranes cellulaires [111]. Leur morphologie et leur sta-bilité sont bien caractérisées [40, 6], et les interactions d’équilibre entre membranes ont été abondamment étudiées, notamment en machine à force de surfaces par Marra et Israelachvili [82, 81].
Nous avons étudié l’écoulement d’eau sur des couches supportées de phospholipides déposées sur des surfaces en Pyrex. Déterminer la condition limite hydrodynamique sur des membranes lipidiques est en effet intéressant du point de vue biologique, parce qu’elle gouverne les interactions hydrodynamiques qui interviennent dans de nombreux proces-sus biologiques comme par exemple l’écoulement de globules rouges dans des capillaires, l’adhésion de monocytes dans les cellules endothéliales [74] ou la lubrification du carti-lage des articulations [5]. C’est aussi très important dans le domaine des biocapteurs : la réponse des microbalances à cristal de quartz, souvent recouvertes de membranes lipidiques pour la détection de réactions biochimiques, est extrêmement sensible à la c.l.h. lorsqu’elles travaillent en milieu liquide [43]. Enfin, nous avons cherché à détermi-ner si l’hydrodynamique interfaciale pouvait permettre de sonder d’autres propriétés de ce type de surfaces, comme la structure d’une monocouche immergée ou les propriétés tribologiques d’une bicouche.
Fig. V.1 : A gauche : structure du DPPC. A droite : structure du DOPC.
Les phospholipides que nous avons utilisés sont le DPPC (1,2-Dipalmitoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine) et le DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-(1,2-Dipalmitoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine). Ces phos-pholipides possèdent deux chaînes carbonées symétriques, c’est-à-dire identiques. La structure de ces deux molécules est représentée sur la figure V.1.
Le DPPC est un phospholipide dont les chaînes carbonées sont saturées, c’est à dire il n’y a pas de liaisons covalentes multiples dans les chaînes aliphatiques. Il y a 16 atomes de carbones dans chacune des chaînes carbonées. Les couches de DPPC supportées que nous avons étudiées sont toutes en phase gel.
Le DOPC est un phospholipide dont les chaînes carbonées présentent une insatura-tion, c’est à dire il y a une double liaison dans chacune des chaînes aliphatiques, qui comptent 18 atomes de carbone. Les chaînes du DOPC ne présentent pas tous les degrés de liberté : il n’y a pas de libre rotation autour d’une liaison double. Ceci garantit que les couches supportées de DOPC restent en phase fluide.
Nous nous sommes intéressés à trois types de surfaces : des monocouches de DPPC hydratées, des bicouches de DPPC (en phase solide), et des bicouches de DOPC (en phase fluide). Nous avons de plus testé l’influence de la méthode de dépôt sur les pro-priétés mécaniques et rhéologiques des bicouches de DPPC. Présentons maintenant les résultats que nous avons obtenus pour ces différents systèmes.
1. Vieillissement d’une monocouche hydratée
1 Vieillissement d’une monocouche hydratée
Après avoir décrit le dépôt d’une monocouche de DPPC sur un plan de Pyrex par la méthode de Langmuir-Blodgett, nous allons montrer qu’une monocouche immergée dans l’eau se réorganise lentement. Nous présenterons alors les résultats des expériences de nanorhéologie que nous avons menées afin de déterminer comment l’hydrodynamique interfaciale est affectée par l’évolution de la structure du film lipidique.