Processes of Ordered Structure Formation in Polypeptide Thin Film Solutions

• Auteur / Autrice : Ioan Botiz
• Direction : Günter Reiter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique - Chimie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Solutions de polymère

Résumé

La transformation de films solides minces de PS-PBLG en solutions, via l'exposition à la vapeur de solvant, nous a permis de nucléer et de croître dans de telles solutions de structures 3D ellipsoïdales ordonnées contenant des millions de molécules. Ces structures étaient orientées de manière aléatoire mais réparties de façon homogène sur la surface du film et possédaient une forme anisotrope que nous avons attribuée à une croissance asymétrique dans les directions latérales. Les expériences présentées dans ce travail ont prouvé que la taille des structures ellipsoïdales (limitée en raison de la diminution de la sursaturation) augmentait avec la diminution de la concentration de polymère dans la solution de film. Par conséquent, l'ordre des polypeptides dans une solution de film à deux concentrations de polymère consécutives conduit à une distribution bimodale des structures ellipsoïdales sur la surface du film. La réalisation d'expériences dans différentes conditions environnementales nous a permis de conclure que la solubilité du polymère pouvait être influencée par la variation de l'humidité de la phase gazeuse environnante. L'augmentation de l'humidité de la phase gazeuse environnante a conduit à une diminution de la valeur de la solubilité du polymère et à une augmentation de la tension interfaciale entre les structures ordonnées et la solution. Nous avons proposé que la complexation de PBLG par l'eau, via des interactions de liaison hydrogène, conduit à un ''nouveau'' polymère qui provoque la formation de structures ordonnées solides également à de faibles concentrations de polymère. Nous avons testé cette hypothèse en utilisant également de l'eau et d'autres non-solvants protiques comme le méthanol ou l'acide trifluoroacétique. À la fin, nous avons montré que le processus de formation de la structure ordonnée était réversible à la variation de l'humidité ou de la pression de vapeur d'un non-solvant protique dans la phase gazeuse environnante.

Transforming thin solid films of PS-PBLG into solutions, via exposure to solvent vapor, allowed us to nucleate and grow in such solutions ordered ellipsoidal 3D structures containing millions of molecules. These structures were randomly oriented but homogeneously distributed on the film surface and possessed an anisotropic shape which we attributed to asymmetric growth in lateral directions. The experiments presented in this work proved that the size of ellipsoidal structures (limited due to decrease of supersaturation) was found to be increasing with the decrease of polymer concentration in film solution. Consequently, the ordering of polypeptides in a film solution at two consecutive polymer concentrations led to a bimodal distribution of ellipsoidal structures on the film surface. Performing experiments under different environmental conditions allowed us to conclude that polymer solubility could be influenced via surrounding gas-phase humidity variation. Increasing the humidity of the surrounding gas-phase led to a decrease of the value of polymer solubility and to an increase of interfacial tension between the ordered structures and the solution. We proposed that complexation of PBLG by water, via hydrogen bonding interactions, led to a ''new'' polymer which causes the formation of solid ordered structures also at low polymer concentrations. We tested this hypothesis by using besides water also other protic nonsolvents like methanol or trifluoroacetic acid. At the end, we have shown that the process of ordered structure formation was reversible upon varying humidity or vapor pressure of a protic non-solvent in the surrounding gas-phase.