Les coulis de glace sont des réfrigérants secondaires considérés comme propres. Ils sont notamment utilisés dans la climatisation, la conservation d’aliments ou certaines applications médicales. Ils se composent de particules de glace et d'un mélange d'eau liquide et d'un additif (ici le propylène-glycol ou l’éthylène-glycol) utilisé pour abaisser le point de congélation de l'eau. Les caractéristiques rhéologiques des coulis de glace ont été mesurées à l'aide d’un rhéomètre de type Discovery HR2 équipé d'une géométrie de type "vane". On considère trois concentrations initiales de soluté (5%, 14% et 24%) pour les deux additifs et les fractions massiques de glace varient entre 5% et 65%. Les résultats expérimentaux révèlent que les coulis de glace sont généralement des fluides non Newtoniens présentant un comportement rhéofluidifiant ou rhéoépaississant en fonction des conditions expérimentales. Les indices d’écoulement et de consistance impliqués dans le modèle de Herschel-Bulkley ont été évalués selon la méthode des moindres carrés. Les résultats sont finalement validés à partir d’une base de données expérimentales issues de la littérature et les prédictions d'un modèle de réseau de neurones artificiels.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les biopuces sont des outils d'analyse et de diagnostic de plus en plus utilisés dans le domaine médical et celui de la sécurité. Les puces à protéines sont particulièrement intéressantes car les protéines sont les manifestations directes de l'activité cellulaire. Ces puces sont généralement constituées d'un support sur lequel sont déposés des sondes possédant une affinité particulière avec les cibles à détecter. Cependant, leur sélectivité et sensibilité n'est parfois pas suffisante pour détecter de manière fiable les concentrations létales des certaines toxines, en particulier à cause de l'adsorption non spécifique des cibles sur la surface et de le fragilité de la chimie d'immobilisation des sondes. Cette thèse s'est attelée à améliorer ces paramètres en proposant une chimie contrôlée sur silicium qui, en utilisant des molécules composées d'un alcène et d'une chaîne poly(éthylène glycol), a permis de très largement limiter cette adsorption indésirable, tandis que la présence d'un groupement acide carboxylique en surface a permis l'immobilisation covalente des sondes aptamères capables de reconnaître des protéines.

Le frittage par le procédé Spark Plasma Sintering (SPS) de céramiques denses de carbure de bore sans ajout d’additifs de frittage a été investi. L’effet de la mise en forme de la poudre de carbure de bore a été étudié. Dans ce cadre, une étude sur la mise en suspension de la poudre commerciale a été menée, quatre solvants permettant l’obtention de suspensions stables ont ainsi été identifiés (eau dés-ionisée, mélange eau dés-ionisée/tétraméthylamonium, acide oléique et éthylène glycol). Des valeurs de densité relative à cru plus élevées ont été obtenues par voie liquide et coulage naturel par rapport à celles des crus obtenus par pressage uniaxiale. De plus, le cycle de frittage SPS a été optimisé notamment sur la base de certains paramètres (température, temps du palier isotherme, contrainte uniaxiale appliquée). Les cinétiques de densification associées ont conduit à l’établissement d’une carte de frittage SPS du carbure de bore. Cette dernière a mis en évidence un large domaine de valeurs de densité relative (comprises entre 84 et 97%), pour lequel le phénomène de croissance granulaire est peu présent. La confrontation des données expérimentales avec le modèle viscoplastique d’Olevsky a conduit à identifier les mécanismes de densification sur la base notamment des valeurs d’exposant de contrainte (de l’ordre de 3-4) et d’énergie d’activation apparente (112 kJ.mol-1). Ainsi, il a été démontré que la consolidation du carbure de bore était assistée par un mécanisme de déformation plastique gouverné par des mouvements de dislocations. Les observations microstructurales suggèrent également l’existence d’un phénomène de maclage à haute température. En parallèle, une instrumentation spécifique a été mise en place permettant d’identifier les caractéristiques de fonctionnement du générateur de courant pulsé. Sur la base de ces données électriques, un modèle numérique robuste par éléments finis du procédé SPS a été établi. Le développement de ce modèle numérique a permis d’optimiser le passage au frittage de céramique de carbure de bore de plus grande dimension. Ce changement d’échelle a nécessité l’optimisation de paramètres tels que la température de frittage ou encore les caractéristiques géométriques de la matrice. / Sintering of dense boron carbide ceramics by Spark Plasma Sintering (SPS) without sintering additives was investigated. The shaping effect of the commercial boron carbide powder was analysed. In this context, a study on the suspension of the powder was carried out, and four solvents allowing to obtain stable suspensions were thus identified (deionized water, mixture of deionized water/tetramethylammonium, oleic acid and ethylene glycol). Higher green relative densities were obtained by the liquid route and slip casting compared to those obtained by uniaxial pressing. In addition, the SPS sintering cycle has been optimized based on these parameters: temperature, isothermal dwell-time, applied uniaxial stress. The associated densification kinetics led to the establishment of a sintering map for SPS treatment of the considered boron carbide powders. This map showed a wide range of values of relative density (between 84 and 97%), for which densification process occurs without grain growth. The comparison of the experimental data with the viscoplastic model of Olevsky led to the identification of the densification mechanisms, based in particular on the determined values of stress exponent (about 3-4) and of apparent activation energy (112 kJ.mol-1). Thus, it has been demonstrated that consolidation of boron carbide was assisted by a plastic deformation mechanism governed by dislocation motion. The microstructural observations also suggest the existence of a twinning phenomenon at high temperature. In parallel, a specific instrumentation was set up to identify the operating features of the pulsed current generator. Based on these electrical data, a robust numerical model by finite element of the SPS process has been established. The development of this numerical model allowed to optimize the sintering conditions of larger boron carbide ceramics. This scaling up has required the optimization of parameters such as the sintering temperature or the geometrical characteristics of the die.

De nombreux dispositifs médicaux implantables sont utilisés chaque jour. Le contrôle de l'interface du dispositif avec les tissus vivants environnants doit encore être amélioré. De nombreux dispositifs médicaux implantés dans le corps sont le siège d’une ou plusieurs complications graves, telles que l'infection ou la thrombose. C’est notamment le cas des cathéters intraveineux. Dans ce contexte, nous avons cherché à développer une stratégie permettant de réduire les complications associées à leur utilisation, via l’immobilisation covalente de polymères sur les matériaux utilisés en implantation (polyuréthane). La réactivité des uréthanes a d’abord été étudiée, permettant d’identifier la réaction de transcarbamoylation comme outil efficace de modification des uréthanes et polyuréthanes en conditions douces. La réaction entre des poly(éthylène glycol) et la surface de polyuréthane, catalysée par des bases, a permis de rendre les surfaces de PU hydrophiles. Les conditions de modification ont été optimisées. Les surfaces ont été analysées: angle de contact, spectrométrie infrarouge, XPS et TOF-SIMS. Les surfaces modifiées ont montrées d’excellentes propriétés antiadhésives avec une diminution significative de l’adsorption protéique, de l’adhésion de cellules, de plaquettes et de bactéries. Les propriétés des surfaces modifiées ont été évaluées et comparées à d’autres systèmes. Cette stratégie est prometteuse pour la modification en une étape de surfaces de polyuréthane. Les tests in vitro montrent le potentiel de cette modification de surface pour obtenir un polyuréthane ayant une biocompatibilité accrue. / Many implantable medical devices (stents, catheters, cardiac valves…) are used everyday in many domains. The control of the interface between the medical device and the surrounding tissue is still to be improved. Many implanted devices are facing serious complications following implantation such as infections or thrombosis. These problematics are especially present for intravenous catheters used to administrate drugs. In this context, we investigated a way to strongly limit the problematics associated with their implantation, by covalently binding polymers at the surface, to reduce protein adsorption and cell adhesion on the materials used in implantation (polyurethane). The reactivity of urethanes was first studied, it allowed identifying the transcarbamoylation reaction as an efficient tool to modify urethanes and polyurethanes in soft reaction conditions. The reaction of poly (ethylene glycol) and the polyurethane surface, catalyzed by bases, allowed us to get hydrophilic polyurethane surfaces. Modification conditions were optimized to obtain a good covering of the surface with PEG. Surfaces were analyzed: contact angle, profilometry, infrared spectroscopy, XPS and TOF-SIMS. Modified surfaces showed excellent antiadhesive properties with a strong reduction of protein adsorption, cell and bacterial adhesion. The properties of modified surfaces were evaluated and compared to other systems. This strategy of modification is promising to allow one step modification of polyurethane surfaces. In vitro tests show the potential of this surface modification technique to obtain a polyurethane with enhance biocompatibility.

Le travail a consisté, en premier lieu, à vérifier l'électro activité sur platine en milieu acide de l'éthylène glycol et du glycérol. Ces deux polyols sont actifs et l'activité est fonction de la concentration pour l'éthylène glycol. Des essais de diffusion ont aussi montré que ces deux alcools diffusent à travers une membrane de Nafion 117. Par la suite, les trois combustibles, incluant le méthanol, ont été alimentés dans une pile PEMFC. Les trois combustibles permettent d'obtenir une densité de courant, mais plus la molécule est grosse, plus le potentiel enregistré, à une densité de courant donnée, est faible, ce qui est en accord avec les résultats obtenus en voltammétrie cyclique dans ce travail. En augmentant la température, les réactions d'oxydation et de réduction à la cathode se produisent plus rapidement et permettent d'obtenir, pour une densité de courant fixe, une valeur du potentiel plus élevée, malgré une diffusion du combustible à travers le Nafion 117 promue à plus haute température. Lorsque la concentration a été augmentée, il y a eu diminution du potentiel à basse densité de courant due aux surtensions de concentration, mais le transfert de matière amélioré permet d'augmenter, globalement, les performances de la pile. Lorsque la pression d'oxygène a été augmentée à la cathode, les performances ont peu varié.

A ce jour, l'objectif principal de la thérapie génique par voie intraveineuse est le développement de vecteurs pouvant encapsuler et délivrer des acides nucléiques au niveau de cellules cibles, avec l'efficacité de transfection des vecteurs viraux. Dans ce but, des nanocapsules lipidiques chargées en lipoplexes de DOTAP/DOPE, les LNC ADN, ont été utilisées. Ainsi, ces vecteurs ont été post-insérés avec de longues chaînes de poly (éthylène glycol) (PEG), grâce à l'utilisation de deux types de polymères amphiphiles : le DSPE-mPEG2000 et le copolymère F108. Une étude physico-chimique de la modification de surface a été réalisée. La présence de chaînes de DSPE-mPEG2000 en configuration brosse, a permis l'obtention d'un vecteur furtif aux yeux du système immunitaire capable de s'accumuler de manière significative au niveau des tissus tumoraux, grâce à un effet EPR. En parallèle, un modèle de ciblage extracellulaire du récepteur aux asialoglycoprotéines des hépatocytes a été envisagé. Le greffage de résidus galactose à l'extrémité des chaînes de PEG du copolymère F108, a permis l'expression spécifique d'un transgène au niveau des hépatocytes primaires de rat.

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Des copolymères à blocs polylactide-poly(éthylène glycol) (PLA-PEG) ont été synthétisés par polymérisation par ouverture de cycle du L- ou D-lactide en présence de PEG mono- ou dihydroxylé. La masse molaire, la composition, la cristallisation et les propriétés thermiques des copolymères ont été caractérisées à l'aide de la DSC, NMR, GPC, etc. Des micelles biorésorbables ont été obtenues par la méthode dissolution directe sans utiliser de solvants organiques. Des mesures de tension de surface ont permis de déterminer la concentration micellaire critique des copolymères. Les résultats montrent que les micelles mélange L/D sont plus stables que les micelles seules en raison de l'effet stéréocomplexation entre les blocs L-PLA et D-PLA. Les comportements d'agrégation des micelles en milieu aqueux ont été étudiés en détail. Il apparaît que les micelles mélange présentent un nombre d'agrégation inférieur à celui des micelles seules. La dégradation hydrolytique des micelles a été étudiée dans les conditions in vitro. Le paclitaxel a été utilisé comme modèle de principes actifs pour évaluer les comportements in vitro et in vivo des micelles. Les méthodes dissolutio n directe et dialyse conduisent à des résultats comparables en ce qui concerne l'efficacité d'encapsulation et la teneur en principe actif. Les micelles mélange L/D présentent une meilleure capacité d'encapsulation que les micelles seules. Les expériences in vivo montrent que le paclitaxel est distribué dans tous les organes avec concentrations élevées après injection des micelles chargées. En comparaison avec la formulation clinique et les micelles par dialyse, les micelles chargées en paclitaxel par dissolution directe présentent un effet antitumeur plus important. / A series of polylactide-poly(ethylene glycol) (PLA-PEG) block copolymers were synthesized by ring-opening polymerization of L- or D-lactide in the presence of mono- or dihydroxyl PEG. The molar mass, composition, crystallization and thermal properties were characterized by using DSC, NMR, GPC, etc. Bioresorbable micelles were obtained by direct dissolution method without using any organic solvents. Surface tension measurements were used to determine the critical micellar concentration of the copolymers. The results show that L/D mixed micelles are more stable than single ones due to strong stereocomplexation effect between L-PLA and D-PLA blocks. The aggregation behavior of micelles in aqueous medium was investigated in detail. It appears that mixed micelles present lower aggregation number than single ones. The hydrolytic degradation of the micelles was investigated under in vitro conditions. Paclitaxel was used as a model drug to investigate the in vitro and in vivo behavior of micelles as drug delivery system. The direct dissolution method yields comparable drug encapsulation efficiency and loading content as the traditional dialysis method. The drug encapsulation ability is higher for L/D mixed copolymer micelles than single micelles due to stereocomplexation. In vivo experiments show that paclitaxel is widely distributed and kept at high concentration levels in various tissues after administration of drug-loaded micelles. Compared with the current clinical formulation and micelles by dialysis, paclitaxel-loaded micelles by direct dissolution exhibit the highest antitumor ability.