Silk protein agregation in a microfluidic environment

• Auteur / Autrice : Anne Martel
• Direction : Christian Riekel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale et nanobiologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microfluidique

Fibroïne

Bombyx

Soie

Résumé

La soie est un biopolymère synthétisé par certains arthropodes. Cette fibre est constituée de protéines arrangées en une microstructure semi-cristalline et possède d'intéressantes propriétés mécaniques. L'axe principal de ce travail de thèse concerne la compréhension du processus de formation de la fibre de soie. La soie de Bombyx mori a été choisi comme modèle. Sa protéine, nommée Fibroïne, a été utilisée pour produire une fibre dans une cellule microfluidique construite pour mimer l'appareil de filage du ver à soie. Le processus de formation de la soie a été suivi par des techniques de diffusion des rayons X (SAXS et WAXS) et par spectroscopie Raman. Elle débute par une étape d'agrégation. La taille des agrégats est de l'ordre de 100 nm. Dans ces particules, la Fibroïne est sous une forme compactée. Cette agrégation est suivie d'une phase de compaction des agrégats. Plus tard, à une échelle de temps de quelques heures, la Fibroïne subit une transition conformationnelle depuis une structure principalement amorphe (Silk I) vers la structure caractéristique de la soie naturelle (Silk II). Ce processus est proposé comme un modèle de la formation de la fibre de soie in vivo. Le second axe de ce travail est orienté vers la connaissance des propriétés physiques de la soie naturelle de B. Mori. Sa résistance aux hautes températures est étudiée d'un point de vue structural, moléculaire et mécanique. L'effet des hautes pressions sur la structure de la fibre de soie est aussi présentée.

Silk is a biopolymer spun by several arthropods. This fibre is made of protein arranged in a semi-crystalline microstructure and has remarkable mechanical properties. The main axis of this thesis work concerns the comprehension of silk fibre formation. Bombyx mori silk has been used as a model. The protein component of B. Mori silk, named Fibroin, has been spun into a fibre in a microfluidic device designed to mimic the silkworm spinning apparatus. The silk formation process has been followed by synchrotron radiation scattering (SAXS and WAXS) and Raman spectroscopy. It starts with an aggregation phase. The size of aggregates is around 100 nm. Inside these particles, the Fibroin is compacted. This aggregation is followed by a phase of compaction of the aggregates. Later, within a few hours, the Fibroin undergoes a conformational transition from a mainly amorphous structure (Silk I) to the semi-crystalline structure characteristic of the natural fibre (Silk II). This process is proposed as a possible model of silk formation in vivo. The second axis of this work is dedicated to the investigation of the physical properties of natural B. Mori silk. Its resistance to high temperature is studied from a molecular, structural and mechanical point of view. The semi-crystalline structure of the fibre remains stable up to carbonization although its mechanical properties and the Fibroin's integrity are affected at lower temperature. The effect of high pressure on the fibre structure is also presented : throughout the pressure increase, the crystallites can compact slightly before their disorganization.