Micro-rhéologie de vésicules géantes

Giant vesicles microrheology

• Auteur / Autrice : Nathalie Fa
• Direction : André Schröder, Carlos Manuel Marques
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Strasbourg 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liposomes

Contrainte mécanique

Membranes lipidiques

Rhéologie

Résumé

Nous étudions dans cette thèse le comportement de membranes lipidiques soumises à une contrainte mécanique. Nous avons développé un dispositif original qui permet de mesurer l'influence d'un écoulement de cisaillement sur les fluctuations de vésicules géantes. Notre montage comprend un dispositif classique de succion par micropipette, placé dans un interstice où l'on crée un écoulement alternatif de faible amplitude. Les taux de cisaillement explorés sont compris dans la gamme 10-4 à 10-2 s-1 ce qui n'induit pas de déplacement, ni de déformation, perceptibles de la vésicule. Néanmoins, nos expériences révèlent une interaction forte entre les contraintes visqueuses engendrées par le fluide cisaillé et les fluctuations de la membrane. Ainsi, lorsque la vésicule est légèrement aspirée dans la micropipette, de façon à ce que la tension de sa membrane soit maintenue à une valeur constante, le cisaillement conduit à l'augmentation de la surface apparente de la vésicule. De même, quand on effectue sous cisaillement une expérience classique de succion en imposant à la vésicule des valeurs croissantes de tension, on mesure un module de courbure apparent de la membrane qui diminue avec le taux de cisaillement. Nous interprétons ces résultats comme un effet de lissage des fluctuations, dû aux contraintes visqueuses exercées par le fluide cisaillé sur la membrane. Des observations directes en interférométrie de réflexion (RICM) confirment l'existence de ce mécanisme. Il implique que la relation constitutive d'Helfrich, qui relie, pour une membrane non contrainte, la tension latérale et l'excès de surface contenu dans les fluctuations, doit être modifiée en présence de cisaillement. Nos résultats permettent de proposer une nouvelle forme explicite pour la loi d'Helfrich en présence de cisaillement. Nous avons également exploré dans cette thèse, les conséquences sur le comportement de vésicules, de modifications de la structure membranaire par ajout d'inclusions moléculaires.

We study in this dissertation the behavior of lipid bilayers under a viscous stress. We developed a new apparatus that measures the effect of a shear flow on the fluctuation pattern of giant vesicles. A classic micropipette suction device is placed in a thin gap where the flow is generated. Low alternative shear rates, typically in the range 10-4 à 10-2 s-1 , allow to apply a viscous stress without any optically visible deformation or displacement. Our experiments reveal a strong interaction between flow and membrane fluctuations. When a constant suction pressure is applied to the vesicle by the micropipette, the flow induces an increase of the visible membrane area, thus unfolding fluctuation modes hidden in the sub-optical range. Also, a classic suction experiment that allows to measure the curvature modulus of the membrane, leads here to smaller apparent modulus. These results, confirmed by optical interferometry experiments (RICM), are consistent with a scenario where the membrane fluctuations are unfold by shear stresses. They also imply that the constitutive Helfrich relation, connecting the membrane tension and the surface excess area consumed in the fluctuation modes, needs to be modified in the presence of the flow. We propose a new functional form of the Helfrich law, consistent with our results. In this thesis we also explored the effects on vesicle behavior of membrane modification by inclusion of macromolecules.