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2.2.4 W4 à l’interface air/eau
2.2.4.1 Cinétique d’adsorption du peptide W4 à l’interface
Deux types de forces sont responsables de l’adsorption du peptide à une interface : les forces électrostatiques entre l’interface et le peptide et celles liées à son affinité hydrophile/hydrophobe pour l’un des deux milieux. Comme l’interface est initialement nue dans cette première étude, seule l’hydrophobicité du peptide W4 contribue à son adsorption. Une quantité de 60 µL de solution contenant le peptide est insérée sous l’interface air/eau. L’agitateur homogénéise la solution pendant 10 secondes. Ensuite, l’intensité SHG est mesurée toutes les 60 secondes parallèlement à une mesure de la pression de surface. Les mesures sont effectuées dans la configuration de polarisation pP. Nous obtenons ainsi la cinétique de remontée du peptide à l’interface, voir Figure 2-27.
Figure 2-27 : Cinétique de la remontée du peptide W4 à l’interface air/eau pure
Lorsque le peptide est dans le volume, la pression est nulle et l’intensité SHG est celle de l’interface air/eau. Cette dernière est prise comme référence des intensités. Le peptide est initialement dans le volume de la phase aqueuse et la diffusion harmonique de lumière, ou HRS, est trop faible. L’angle solide de détection est peu adapté pour qu’un signal soit détecté, l’ouverture de spectromètre étant de quelques millimètres à une distance d’environ 2 m de l’interface. Seuls les photons émis par l’interface et répondant aux conditions de réflexion non linéaire peuvent atteindre le détecteur. Pendant les 500 premières secondes de l’expérience, le peptide se trouve exclusivement dans le volume puisque l’intensité SHG et la pression de surface sont identiques à celles mesurées à l’interface air/eau pure. Le signal SHG augmente ensuite d’un facteur 4 en moins de 120 secondes. Cette augmentation est associée au peptide qui remonte à l’interface par diffusion. Dans le même temps, la pression de surface augmente mais n’atteint un premier plateau qu’en 500 secondes. Pendant l’augmentation de la pression jusqu’à ce premier plateau, l’intensité SHG passe cependant par un maximum avant de diminuer et de se stabiliser à une valeur plateau. Nous remarquons donc que les comportements de l’intensité SHG et de la pression au cours du temps ne sont pas strictement corrélés.
Pour expliquer les résultats obtenus, nous proposons une approche microscopique. La susceptibilité quadratique de surface s’écrit en fonction du tenseur d’hyperpolarisabilité microscopique [42] :
ijk micro k K j J i I IJK(2) N T T T , 0χ β ε = (2-6)
avec N le nombre de peptides à l’interface, T les éléments de la matrice d’Euler permettant Ii
le passage du référentiel microscopique au référentiel macroscopique et où les crochets représentent la moyenne sur toutes les orientations prises par les peptides à l’interface. L’hyperpolarisabilité intrinsèque d’un peptide est notée β. L’intensité SHG dépend donc quadratiquement du tenseur de susceptibilité. Lorsque que le peptide remonte à l’interface, le nombre de peptides N augmente et l’intensité augmente quadratiquement en N². L’augmentation de l’intensité SHG est donc très rapide, plus rapide que l’augmentation de la pression qui dépend linéairement du nombre de peptides. Après un passage par un maximum, l’intensité SHG diminue sensiblement alors que la pression continue d’augmenter. Cette diminution ne peut donc pas être attribuée à la diminution du nombre N de peptides à l’interface. En revanche, une diminution de l’hyperpolarisabilité intrinsèque du peptide ou une réorientation à l’interface peut expliquer cette diminution. A ce stade, avec les résultats à notre disposition, il n’est pas possible de conclure à un scénario plutôt qu’un autre.
2.2.4.2 Etude en polarisation
Les intensités SHG obtenues en fonction des angles de polarisation dépendent de l’organisation des molécules à l’interface et de leur orientation [44]. En effet, si celles-ci se réorientent, les éléments du tenseur χt dans le référentiel du laboratoire changent et il est possible d’en déduire des indications relatives aux angles que font les molécules avec l’interface [45]. Une étude en polarisation a été effectuée sur l’interface lorsque le signal SHG est stabilisé, voir Figure 2-28. A partir de l’ajustement des courbes, nous avons extrait les éléments du tenseur de susceptibilité, voir Tableau 12. Ces éléments ne changent que très peu par rapport à l’interface air/eau pure. Il n’est donc pas possible d’en déduire une réorientation privilégiée des peptides à l’interface. En effet, une analyse fine de l’intensité détectée indique que celle-ci dépend à la fois de l’interface air/eau pure, des peptides adsorbés à l’interface et d’un terme d’interaction
χ
I :2 /
/eau air eau I air peptide peptide SHG N N I ∝ χ + χ +χ (2-7)
En présence du peptide, le signal SHG augmente d’un facteur 4 par rapport à l’interface air/eau, indiquant que la contribution des peptides est largement du même ordre de grandeur que la contribution de l’interface pure. Toutefois, il est difficile de discuter de la séparation des termes propres aux peptides et d’interaction. Cette augmentation de l’intensité en présence des peptides reste cependant trop faible pour pouvoir négliger l’influence de la contribution de l’interface pure dans le signal SHG exprimé ci-dessus. Les courbes en polarisation décrites ci-dessous ne permettent donc malheureusement pas de dissocier les différentes contributions, celles de l’interface pure, des peptides et d’interaction, et donc ne permettent pas de déterminer avec plus de détails des phénomènes de réorientation particulière.
Figure 2-28 : Intensité SHG résolue en polarisation de l’interface air/eau +W4. Polarisation P (carrés pleins) Polarisation S (carrés vides)
ZZZ