Using the long-range nature of electrostatic forces to create defined lateral molecular distributions in langmuir-blodgett films

¹ Univ. Mainz, Inst. Phys. Chem., Welder Weg 15, D 6500 Mainz, Allemagne.
² TU Munich, Physics-Dept. E 22, D 8046 Garching, Allemagne.

Abstract

Fluorescence microscopic observations with lipid monolayers in the fluid/ordered phase coexistence range are reviewed to conclude on the interplay of nucleation kinetics, line tension and long-range electrostatic forces. The latter arise from the orientation of molecular dipoles at the interface and cause periodic lamellar or hexagonal superstructures. They enable manipulation of lipid domains in electric fields and may be responsible for instabilities of phase boundaries. Due to these forces also J-aggregates formed by adsorption from the subphase are shown to form periodic superstructures. For a ternary system existing of the protein concanavalin A and two lipid phases a phase separation is demonstrated with the lateral distribution of the phases determined by electrostatic forces. The ordered lipid phases are shown to exhibit long-range orientational and short-range positional order.

Résumé

Cet article passe en revue des observations, par microscopie de fluorescence, de multicouches lipidiques où coexistent des phases fluides et organisées. Ceci conduit à constater la conjugaison des rôles de cinétiques de nucléation, des tensions d'alignement, et des forces électrostatiques à long terme. Ces dernières forces proviennent de l'orientation des dipoles moléculaires à l'interface et provoquent des superstructures périodiques lamellaires ou hexagonales. Elles permettent aussi la manipulation de domaines lipidiques sous champ électrique et peuvent être responsables d'instabilités aux joints de grains. De même, à cause de ces forces électrostatiques, des aggrégats J formés par adsorption à partir de la subphase présentent des superstructures périodiques. Dans le cas d'un système ternaire formé par la protéine concanavaline 1 et deux phases lipidiques, on peut montrer qu'il se produit une distribution latérale des phases qui est déterminée par les forces électrostatiques. Les phases lipidiques organisées présentent un ordre « orientationnel » à long terme et un ordre « positionnel » à court terme.