J. Phys. France 47, 1605-1616 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:019860047090160500

Cholesteric liquid crystalline phases given by three helical biological polymers : DNA, PBLG and xanthan. A comparative analysis of their textures

F. Livolant

Centre de Biologie Cellulaire (CNRS et EPHE), 67, rue Maurice Günsbourg, 94200 Ivry-sur-Seine, France

Abstract
The cholesteric liquid crystalline phases of three polymers of biological interest have been investigated: PBLG (a polypeptide), DNA (a polynucleotide) and xanthan (a polysaccharide). The textures (and the defects which they contain) of these three mesophases are analysed and compared The main difference concerns focal lines which apparently do not occur in PBLG, are rare in DNA but occur frequently in xanthan. The frequency of occurrence of the different types of rotation and translation dislocations were measured : - π disclinations are always of the λ- type and + π disclinations are mainly λ +. Among polymers, differences exist in the distribution of translation dislocations but in these three cases, when only one layer is added, the defect may be either τ- λ+ or λ- τ + which distinguishes polymer mesophases from those of small molecules previously studied The main textures found in classical (small molecule) cholesteric phases were also obtained (i.e. planar textures, textures showing numerous disclinations and polygonal textures). However, they are more difficult to analyse especially for DNA and xanthan mesophases where the helicoidal pitches are small and may not be resolvable in an optical microscope.

Résumé
Des phases cristallines liquides cholestériques ont été obtenues avec trois polymères d'intérêt biologique : un polypeptide (le PBLG), un polynucléotide (l'ADN) et un polysaccharide (le xanthane). Les défauts et textures des phases obtenues avec ces trois molécules sont analysés et comparés. La différence essentielle concerne les coniques focales qui sont absentes dans le PBLG, rares dans l'ADN et très fréquentes dans le xanthane. Un dénombrement des dislocations de rotation et de translation, tenant compte des orientations moléculaires dans le coeur des défauts, montre que les disinclinaisons - π sont exclusivement de type λ-, les disinclinaisons + π le plus souvent de type λ +. Des différences apparaissent entre polymères dans la répartition des dislocations de translation mais dans les trois cas les défauts correspondant à l'addition d'une seule couche peuvent être des deux types possibles (τ - λ+ ou λ- τ+), ce qui différencie ces polymères des petites molécules étudiées jusqu'a présent. Les principales textures décrites dans les cristaux liquides classiques sont obtenues également avec ces polymères (textures planaires, textures riches en disinclinaisons, textures polygonales). Elles sont cependant plus difficiles à analyser, au moins dans l'ADN et le xanthane car le pas cholestérique peut être très faible (inférieur au pouvoir de résolution du microscope).

PACS
6130E - Experimental determinations of smectic, nematic, cholesteric, and other structures.
6130J - Defects in liquid crystals.
8715B - Structure and bonding.

Key words
cholesteric liquid crystals -- disclinations -- DNA -- liquid crystal polymers -- molecular biophysics