J. Phys. France 47, 1813-1827 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:0198600470100181300

Liquid crystalline phases given by helical biological polymers (DNA, PBLG and xanthan). Columnar textures

F. Livolant et Y. Bouligand

CNRS and EPHE, 67 rue Maurice-Günsbourg, 94200 Ivry-sur-Seine, France

Abstract
Highly concentrated solutions of helical polymers of biological interest, namely DNA and PBLG, have been found to form hexagonal liquid crystalline phases. Most of the classic textures of hexagonal phases are shown by these polymers (fan-shaped textures, textures with numerous disclinations). In addition there are other new textures such as the undulating patterns and the helical stacking of hexagonal domains. These new textures are probably a consequence of the helical nature of the molecules. However, perfect extended helicoidal organization and hexagonal order are incompatible. We shall discuss the way in which these new textures allow a relaxation of the twist which occurs spontaneously between helical molecules (and which is incompatible with extended hexagonal order) in a continuous or abrupt manner. Finally, the nucleation and growth of the hexagonal phase within the cholesteric phase were observed in the polarizing microscope. The cores of the defect lines which exist in the cholesteric phase act as nucleation centres and the hexagonal textures formed depend on the nature of the cholesteric textures surrounding them.

Résumé
Des phases cristallines liquides hexagonales ont été obtenues avec des polymères hélicoïdaux d'intérêt biologique, essentiellement l'ADN et le PBLG, en solution très concentrée. La plupart des textures classiquement décrites dans les phases hexagonales ont été également observées avec ces polymères (textures en éventail, textures riches en disinclinaisons). D'autres sont nouvelles, comme les textures à ondulations ou les empilements hélicoïdaux de domaines hexagonaux. Ces textures nouvelles semblent liées à la nature même des molécules (longueur et forme en hélice). Cependant, l'organisation hélicoïdale et l'ordre hexagonal sont incompatibles et cette question est discutée : ces organisations permettraient de relaxer de manière continue ou discrète le twist qui se manifeste spontanément entre molécules hélicoïdales et qui est empêché par l'ordre hexagonal. Enfin, la nucléation de la phase hexagonale au sein de la phase cholestérique et sa croissance ont été suivies au microscope polarisant. Le coeur des lignes de défaut présentes dans la phase cholestérique jouerait le rôle de centres de nucléation et les textures hexagonales dépendraient des textures cholestériques au sein desquelles elles ont grandi.

PACS
6125H - Macromolecular and polymer solutions; polymer melts; swelling.
6130J - Defects in liquid crystals.
8715B - Structure and bonding.

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