Techniques d'étude des BLM

Les techniques les plus développées pour l'étude des BLM sont basées sur la mesure des propriétés électriques de ces membranes ultrafines. Ces mesures incluent la conductivité, la capacité, le potentiel de claquage de diélectrique et le potentiel transmembranaire. ()uoi que les mesures soient quelquefois effectuées en courant alternatif, ce sont les méthodes en courant continu qui sont le plus souvent utilisées.

Une bicouche séparant deux solutions aqueuses peut être représentée par une résistance (Rm) mise en parallèle avec une capacité (Cm). La résis­ tance en courant continu est mesurée en appliquant une tension connue à travers une résistance standard placée en série avec la bicouche, en mesurant la chute de tension au niveau de cette dernière. La résistance est ensuite calculée à partir de la relation d' Ohm

R

m ^{(E / E.}m E_ )_{m II, 2}

R est la résistance standard, E. la tension connue d’entrée et E

s ’ 1 m

est la chute de tension qui apparaît dans la bicouche.

Les courbes courant-tension peuvent alors être calculées à partir des réponses en potentiel. Pour une bicouche ordinaire, on obtient générale­ ment une relation linéaire entre le courant et la tension. On peut employer simultanément un électromètre et un picoampèremètre pour déterminer

E^ et Im . Cependant, une autre méthode pour mesurer la résistance en courant continu consiste à appliquer une tension connue à travers la bicouche et à mesurer le courant. Cette méthode possède l'avantage de n'utiliser qu'un picoampèremètre (figure II, 6a). La résistaiKie transmembranaire est alors définie par

R = E appliqué m ■=---——3—

I mesure II, 3

La résistance transmembranaire R peut être convertie en résistance nor- ^ 2 ™

malisée, en ohm-cm , en multipliant R^ par A, l'aire mesurée de la BLM. La conductivité est généralement étudiée lorsque l'on veut connaître le comportement de molécules "étrangères" vis-â-vis de la bicouche. Les variations de conductivité sont alors étudiées en absence et en présence de l'agent modifiant. Des bicouches non modifiées possèdent généralement des résistances Rm de l'ordre de 10 - 10° Ohm-cm . La résistivité calculé

O

pour une épaisseur de 50 A correspond à la résistivité des hydrocarbures

yO = ^ (2. 10^^ à 2.10^^ ohm/cm) II.4 em

B. CAPAcrn: des bicouches

Les valeurs des capacités des bicouches sont toujours de l'ordre de 0.3 à 1.3 F/cm . Ces valeurs dépendent de la composition lipidique, de la composition de la solution aqueuse et du solvant utilisé, mais sont indépendantes de la fréquence entre 10 et 10 et de la tension appliquée. La méthode de la perte de charge est généralement employée pour effectuer ces mesures. La membrane est chargée au travers de résistances de hautes valeurs connues R^.Cvoir figure II, 6b),

Lorsqu'un état d'équilibre est atteint, on ouvre le circuit et on mesu­ re la décharge. On peut voir dans la figure II, 7 une courbe typique de charge et de décharge. La capacité de la bicouche est calculée d'après l'équation suivante

^ In (Eo/Ët) II’ 5

soit = t lorsque Et vaut 37 % de la valeur de Eo, t est le temps en secondes, Eo et Et sont les tensions aux temps o et t. R^ est la résistance de fuite donnée par

R

Figure II 8 : Courant capacitif de réponse d'un saut de potentiel de 37.5 mV pendant la formation d'une bicouche lipidique. Les

Cette méthode est couramment utilisée en raison de sa simplicité. Cepen­ dant, elle comporte certaines restrictions. En effet, pour connaître Cm avec une certaine précision, il faut que la constante de teirps Rf Cm soit supérieure à la seconde. Etant donné que les capacités sont de

2 6 2 l'ordre du microF/cm , il convient donc d'avoir 10 ohm, cm .

Dès lors, il est impossible d'obtenir une valeur exacte de la capacité des bicouches par cette méthode lorsque les BLM ont des résistances inférieures à 10 ohm. cm , ce qui arrive rapidement lorsqu'elles sont modifiées par différents agents chimiques. La capacité des bicouches n'est donc facilement calculable que pour des membranes composées uni­ quement de lipides.

Tableau n° 5. Capacités de membranes lipidiques

lipides solvant phase aqueuse capacité en /^^F/CM² lipides du CHCl^.CH^OH 0.1 N NaCl 0.7 1.3

cerveau + toco-phérol

ovolécithine n décane variées 0.35 - 0.38

ovolécithine+

cholestérol ^{n décane 0.1 N Na Cl 0.28 - 0.56} cholestérol

oxydé ^{n octane 0.1 N N:i.Cl 0.57}

cholestérol dodécane 0.001 N NaCl + 0.008% HDTAB

0.79

Une autre méthode est la mesure du courant alternatif des bicouches lipi­ diques. On applique un saut de potentiel constant pendant un.temps relati­ vement court (1-5 msec). Le courant peut être enregistré sur oscilloscope à mémoire. La capacité est calculée par intégration du courant capacitif :

C = i I dt V potentiel (Figure II, ^).

Nernst est donné par

e au lieu de "Pour chaque ion ....

3° Lire "Dans le cas ou les ions se trouxrant de part et d'autre d’une membrane, diffusent à des vitesses différentes au travers de celle-çi, le potentiel de diffusion vaut

au lieu de "Une équation plus 4° Lire dans 11,9 Ep au lieu de

5° Lire en bas de page : "Cette relation traduit le phénomène irréversible lié à l'existence d'une tension de diffusion à courant net nul."

La capacité de la BLM est d'un intérêt particulier. En effet, elle est reliée à l'épaisseur de la membrane et à sa constante diélec­ trique par l'expression :

c = m -———-— £ A —2— --- XX,/8,8 A TT 7

4 7tl ■êm -ôm

OÙ A est l'aire de la BLM.

I±)ntal (1972) a ainsi démontré que l'épaisseur de la partie hydrocarbon- née de bicouches obtenues à partir de deux monocouches est inférieure à

O O

celle des bicouches obtenues par d'autres voies ( 22 A au lieu de 42 A).