Les structures observ´ ees

Le m´elange de poly´electrolyte et de prot´eines en solution peut g´en´eralement aboutir `a plusieurs cas :

- une s´eparation de phase entre deux phases riches contenant chacunes un des compos´es (g´en´eralement si ils ont mˆeme charge)

- une association engendrant la cr´eation d’un complexe soluble ou d’un gel.

- une s´eparation de phase entre les objets et le solvant aboutissant `a la formation de

[38] Kaibara, K. ; Okazaki, T. ; Bohidar, H. ; Dubin, P. Biomacromolecules 2000, 1, 100-107. [39] Perkins, T. ; Mak, D. ; Root, T. ; Lightfoot, E. J. Chrom. 1997, 766, 1-14.

coacervats ou de pr´ecipit´es.

La determination des ces structures poly´electrolyte-prot´eine a ´et´e jusqu’ici effectu´e prin- cipalement par diffusion de lumi`ere et par rh´eologie. Ces techniques ont permis de proposer diff´erents param`etres r´egissant le syst`eme. Nous allons ici donner quelques exemples de r´e- sultats observ´es dans la litt´erature.

2.3.2.1 Complexes denses

Lorsque la structure forme des objets denses, la diffusion de lumi`ere est une technique qui permet d’obtenir leur rayon moyen et leur masse. Peu d’´etudes ont ´et´e men´ees dans ce sens mais n´eanmoins des r´esultats int´eressants ont ´et´e propos´es. Une ´etude par diffusion de lumi`ere n´ecessite une concentration peu ´elev´ee en ploym`ere (moins de 10 % en masse) et une forte force ionique. Tsuboi et al.34 ont notamment d´etermin´e des tailles de complexe PVS-prot´eines entre 37 et 79 ˚A et montr´e que ces complexes sont compos´es au maximum de deux chaˆınes de polym`ere. D’autres mesures effectu´ees par Azegami et al.31 ont montr´e la formation de complexes de type collier de perles o`u les chaˆınes de poly´electrolyte complexes plusieurs prot´eines, ce qui est ´egalement le cas dans l’´etude de Tsuboi et al.. Dans leurs cas, les calculs montrent que dans les complexes il n’y a pas stoechiom´etrie de charge venant des deux esp`eces du fait des diff´erences de densit´e de charge entre elles. Ceci expliquerait le fait d’obtenir de petites tailles d’agr´egats.

D’autres ´etudes men´ees par Tribet et al.41_{ont montr´e que l’utilisation de poly´electrolytes}

courts m`ene `a la formation de complexes form´es d’une prot´eine entour´ee de de plusieurs polym`eres, aboutissant `a des rayons proches de celui de la prot´eine seule.

Ball et al.42 ont eux montr´e sur un syst`eme compos´e de BSA et de PAH via des me- sures de turbidim´etrie que l’agr´egation entre ces deux objets agmente jusqu’`a atteidre un maximum en fonction du rapport des concentrations introduites pour former des objets de taille microm´etrique puis leur taille diminue lorsque ce rapport augmente encore. De plus il a ´et´e montr´e par zˆetam´etrie qu’au maximum d’agr´egation les complexes sont neutres alors qu’aucune pr´ecipitation des complexes n’est observ´ee.

Ces mesures aboutissent n´eanmoins `a des rayons effectif et la composition exacte des objets mesur´es reste assez floue.

[41] Tribet, C. ; Porcar, I. ; Bonnefont, P. A. ; Audebert, R. Journal of Physical Chemistry B 1998, 102, 1327-1333. [42] Ball, V. ; Winterhalter, M. ; Schwinte, P. ; Lavalle, P. ; Voegel, J.-C. ; Schaaf, P. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2357-2364.

dramatiquement augment´e. La transition sol-gel a lieu lorsque le rapport polym`ere/prot´eine est proche de 2. Dans ce cas pr´ecis, ce sont les int´eractions entre les parties hydrophobes du poly´electrolyte et la prot´eine qui sont `a l’origine de la formation du gel. qui La formation des gels semble ˆetre un ph´enom`ene non r´eversible, en effet une fois form´e, celui-ci ne peut qu’´evoluer vers des complexes solubles ou pr´ecipiter.

2.3.2.3 Coacervation et pr´ecipitation

Les structures form´ees peuvent ´egalement aboutir `a une d´emixion qui peut ˆetre de deux types :

- les complexes se s´eparent de leur solvant et forment une phase solide, le pr´ecipitat. Il y a donc une s´eparation solide-liquide.

- les complexes restent solubles mais deux phases liquides non miscibles se s´eparent, for- mant alors deux phases, une riche en complexes et l’autre pauvre. La structure finale est donc des complexes toujours solubles concentr´es dans une phase riche, le coacervat.

La pr´ecipitation est souvent observ´ee lorsque la densit´e de charge sur chacun des copmo- sant du syst`eme est ´elev´ee et que la force ionique est faible, permettant ainsi aux int´eractions ´

electrostatiques d’ˆetre maximales. Ces diff´erents cas sont pr´esent´es dans une revue de Du- bin et al.45_{. Le rˆole des interactions ´electrostatiques lors de la pr´ecipitation est d’autant}

plus clair qu’un ajout de sel, et donc un ´ecrantage de ces interactions, permet de r´eduire la pr´ecipitation46_.

La coacervation de de complexes poly´electrolyte-prot´eine est ´egalement rencontr´e dans de nombreux cas et a fait l’objet de revues, notamment celle de De Kruif et al.47_{. Un m´ecanisme}

de coacervation a ´et´e propos´e par Kaibara et al.38 consistant `a la formation de gouttelettes

[43] Le Bon, C. ; Nicolai, T. ; Durand, D. Macromolecules 1999, 32, 6120-6127. [44] Borrega, R. ; Tribet, C. ; Audebert, R. Macromolecules 1999, 32, 7798-7806.

[45] Dubin, P. L. ; Gao, J. ; Mattison, K. Separation and Purification Methods 1994, 23, 1-16. [46] Trinh, C. K. ; Schnabel, W. Angewandte Makromolekulare Chemie 1993, 212, 167-179.

compos´ees du complexe qui reste soluble mais en forte concentration, ces gouttelettes for- mant ensuite la phase riche. Il est ´egalement possible que ces gouttelettes restent stables en suspension.

2.3.2.4 Les structures obtenues par simulation

Fig. 2.5 – R´esultats des simulations de Skep¨o et al.

Des simulations sur les syst`emes poly´electrolyte-prot´eine ont ´et´e effectu´ees depuis une di- zaine d’ann´ees. Cependant elles ne concid`erent souvent qu’une chaˆıne et une prot´eine48,49,50,51_;

des travaux consid´erant plusieurs sph`eres charg´ees et plusieurs poly´electrolytes ont cepen- dant ´et´e effectu´es par le groupe de Linse52,53. Ils ont ´egalement effectu´e des ´etudes o`u les sph`eres sont des prot´eines54, tenant ainsi compte des inhomog´en´eit´es de charge de surface. Le facteur principal ´etudi´e est la rigidit´e des chaˆınes avec donc des longueurs de persistance

[48] Chodanowski, P. ; Stoll, S. Macromolecules 2001, 34, 2320-2328. [49] Stoll, S. ; Chodanowski, P. macromolecules 2002, 35, 9556-9562. [50] Ulrich, S. ; Laguecir, A. ; Stoll, S. Macromolecules 2005, 38, 8939-8949. [51] Netz, R. R. ; Joanny, J. F. Macromolecules 1999, 32, 9013-9025.

[52] Jonsson, M. ; Linse, P. Journal of Chemical Physics 2001, 115, 10975-10985. [53] Skepo, M. ; Linse, P. Macromolecules 2003, 36, 508-519.

montr´e la formation de structures denses lorsque la particule est petite (10˚A) alors que des structures plus lˆaches sont form´ees lorsque celle-ci est plus grande (20˚A). La formation des objets denses est accompagn´ee d’un relarguage des contre-ions. Lorsque la taille des chaˆınes est faible, de petits agr´egats sont form´es. Leur taille augmente ensuite avec la longueur des chaˆınes avant de reformer des agr´egats plus petits. Enfin une augmentation de la longueur de persistance des chaˆınes aboutit `a la formation d’assemblages lin´eaires puisque les chaˆınes ne peuvent plus s’enrouler autour des particules.

Ces diff´erents r´esulats seront d´etaill´es ult´erieurement dans le manuscrit et compar´es avec les structures que nous auront d´etermin´e de mani`ere exp´erimentale.

Fig. 2.6 – R´esultats des simulations de Stoll et al. sur l’effet de force ionique et de rigidit´e de chaˆıne

concernent ´egalement les interactions entre des chaˆınes de poly´electrolyte et des particules sph´eriques de charge oppos´ee. Les simulations concernent cette fois une seule particule et une seule chaˆıne. Les ´etudes ont principalement consist´e `a d´eterminer l’effet de rigidit´e de chaˆıne sur la complexation, de la longueur des chaˆınes, des effets de force ionique et de taille de particule. Dans le cas de poly´electrolytes forts49_{, il a ´et´e montr´e que la rigidit´e des chaˆınes}

influe sur la proportion de monom`eres adsorb´es sur la surface de la particule ainsi que leur distribution. En particulier la figure 2.6 montre qu’une chaˆıne tr`es peu rigide et une force ionique nulle permet au poly´electrolyte de totalement s’adsorber sur la particule. Une aug- mentation de la force ionique diminue cette adsorption et empˆeche `a terme la complexation. De mˆeme lorsque la rigidit´e augmente, la chaˆıne est de plus en plus structur´ee sur la parti- cule, formant des boucles larges. A terme cette rigidit´e coupl´ee `a une force ionique non nulle, empˆeche ´egalement la complexation. Dans le cas de poly´electrolytes faibles50, il a ´et´e montr´e l’influence de la taille des chaˆınes et du pH sur les structures.