Cette thèse a pour objet la comparaison des procèdes de polymérisation en émulsion et en miniémulsion. L'influence de la combinaison de stabilisants moléculaires et macromoléculaires sur la cinétique réactionnelle et la distribution de tailles de particules sont les critères pertinents dans notre étude. Un stabilisant polymère, le poly (alcool vinylique-co-acétate de vinyle) (PVA), a été synthétisé avec différents taux d'hydrolyse par saponification directe du polyacétate de vinyle. Le taux d'hydrolyse de ce copolymère a été caractérisé par la Résonance Magnétique Nucléaire du proton (RMN 1H). Puis, nous avons étudié l'influence de la composition d'un mélange stabilisant [copolymères poly (alcool vinylique-co-acétate de vinyle) (PVA)/laurylsulfate de sodium (SDS)] et en particulier le taux d'hydrolyse du PVA. La présence de complexe (PVA/SDS) influence légèrement la cinétique de polymérisation. Par contre la capacité des complexes à stabiliser les particules de latex final dépend du taux d'hydrolyse du PVA, plus ce dernier est faible, plus l'agrégation est importante. Enfin, nous avons suivi en ligne par spectroscopie Raman des polymérisations en émulsion et en miniémulsion du styrène. Une exploitation du spectre a été réalisée et a permis d'attribuer les différents pics aux vibrations de certaines liaisons. La consommation du monomère et l'apparition du polymère a pu être suivi tout au long de la polymérisation / The aim of this work is to compare processes of emulsion and miniemulsion polymerization. The influence of the combination of molecular and macromolecular stabilizers on the reaction kinetics and particle size distribution are relevant factors in our study. A stabilizer polymer, poly (vinyl alcohol-co-vinyl acetate) (PVA), was synthesized with different degrees of hydrolysis by a direct saponification of polyvinyl acetate. The degree of hydrolysis of this copolymer was characterized by Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR). Then, we studied the influence of the composition of a mixture stabilizer [poly (vinyl alcohol-co-vinyl acetate) (PVA)/sodium lauryl sulfate (SDS)], and particulary the degree of hydrolysis of PVA. The presence of complex (PVA/SDS) influences slightly the kinetic of polymerization. The ability of the complexes to stabilize the particles of latex depends on the degree of hydrolysis of PVA, the lower it is, the more the aggregation is important. Finally, we followed in situ emulsion and miniemulsion polymerizations of styrene by Raman spectroscopy. The exploitation of the spectrum allowed us to assign the different peaks to vibrations of certain bands. The consumption of the monomer and the appearance of the polymer could be followed throughout the polymerization

Le poly (acide lactique) (PLA), est un polymère synthétisé à partir de ressources renouvelables, qui est l'objet de beaucoup d'études à l'heure actuelle mais qui souffre d'une faible résistance au choc. Le but de ce travail est de rechercher des pistes permettant la préparation d'un matériau à base de PLA avec une résistance au choc améliorée tout en minimisant la perte de résistance à la traction. Les travaux présentés ici ont étudié le rôle de nanoparticules élastomères de poly (acrylate de butyle) (PBA) chargées de laponite (LRD) (PBA-LRD) ainsi que de nanocomposites coeur-écorce (PBA-LRD)/poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) en tant qu'agents de renforcement d'une matrice de PLA. Ces nanoparticules ont été dispersées dans la matrice PLA à l'état fondu. La synthèse de ces nanoparticules a été effectuée par polymérisation en émulsion ou miniémulsion. La laponite a été incorporée dans les nanoparticules afin de minimiser la perte de la rigidité tout en améliorant la résistance au choc de PLA. Trois types de tensioactifs et des modifications de surface de la laponite ont été testées pour améliorer l'adhérence entre les particules de PBA et la matrice de PLA. Enfin une écorce de PMMA a été utilisée pour assurer la bonne adhérence entre les particules de PBA et de matrice PLA. Nous avons montré que les particules coeur-écorce ont permis d'augmenter la résistance au choc au 3 fois du PLA tout en réduisant la diminution du module d'Young et la perte de résistance à la traction (~25%). Les propriétés de les particules synthétiques et les propriétés des mélange du PLA avec les particules PBA ou particules coeur-écorce ont été étudiées par diverses techniques de caractérisation (DLS, FTIR, ATG, MET, MEB, RMN 1H, DSC, DMTA...) / Poly (lactic acid) (PLA), come from renewable resources, one of the most important biopolymers, suffers from weak impact resistance. The aim of this work is to develop a process that will allow preparing a PLA with improved impact resistance while minimizing loss in tensile strength. The work presented here examined in detail the synthesis of poly(butyl acrylate) (PBA) nanoparticles charged with laponite (LRD) (PBA-LRD) and (PBA-LRD) / poly(methyl methacrylate) (PMMA) core-shell nanocomposites. They were dispersed phase in PLA matrix and were synthesized by emulsion or miniemulsion polymerization. The clay such as laponite was included in these nanoparticles to minimize the loss of rigidity while improving the impact resistance of PLA. Note that three types of surfactants and some modify agents for LRD have been tried to improve the adhesion between the PBA particles and matrix PLA, PMMA was finally used to ensure a good adhesion between the PBA particles and the matrix. To this end, we explored successively the PLA blend, using PBA nanocomposites and the PBA/PMMA core-shell nanoparticles as reinforcing agents, with improved impact resistance, showing that core-shell particles allowed increasing of 3 times of impact strength of the PLA with a minimum amount of loss (~25%) in Young?s modulus and tensile strength. The properties of the synthetic particles and the properties of PLA blends have been demonstrated by various characterization techniques (DLS, FTIR, TGA, TEM, SEM, 1H-NMR, DSC, DMTA ...)

Ce travail a été mené afin d’étudier l’effet du FGF 2 et du TGF-β1 sur les étapes précoces de la régénération dentinaire en utilisant la micro-encapsulation de ces facteurs dans une matrice pour les protéger et contrôler leur libération et ensuite l’application des microparticules obtenues en coiffage pulpaire direct dans un modèle de culture de dents entières. Ce travail consiste d’abord à l’optimisation des moyens techniques mis en oeuvre pour réaliser l'encapsulation du TGFβ1, FGF-2 à l'aide de l'acide poly (lactique-glycolique) PLGA. Les études de la caractérisation colloïdal et physico chimique des microparticules montre que les microparticules gardent leurs caractéristiques physicochimiques après séchage et resuspension dans l’eau. La procèdes optimisé a été ensuite utilisé pour encapsuler les facteurs de croissance. L’encapsulation de FGF-2 et TGF-β1 a été obtenue avec une taille, une efficacité d’encapsulation et une profile de libération adaptés au type d’application choisi. Les études biologiques ne montrent aucun effet toxique des particules sur les fibroblastes pulpaires. Les facteurs de croissance ont gardé leur activité biologique spécifique. Un modèle de culture de dent entier humain a été utilisé pour réaliser l’application de nos microparticules comme un matériau de coiffage dentaire pour confirmer leurs activités biologiques ex-vivo. Ces microparticules peuvent être utiles dans les études des étapes précoces de la régénération dentinaire, l'activation et la migration des cellules progénitrices de la pulpe dentaire / The purpose of this work was to investigate the effect of FGF 2 and TGF-β1 on the early steps of dentin regeneration using microencapsulation of theses factors into a microparticles matrix to ensure growth factors protection and to provide bioactive sustained release in contact with dental pulp cells and then the application of the obtained microparticles in direct pulp capping using a culture model of entire tooth. This work involves the optimization of technical means used to achieve encapsulation of TGFβ1, FGF-2 using the poly (lactic-glycolic acid) PLGA. Physicochemical and colloidal characterization of microspheres shows that the microparticles retain their physicochemical characteristics after drying and re-suspended in water. The double emulsion method was used to separately encapsulate (FGF-2) and (TGFβ1). Microparticles morphology, loading, shelf life, potential toxicity and release kinetics were studied. Then the proliferation of dental pulp cells was examined in contact with microparticles. Biological studies show no toxic effect of particles on pulp fibroblasts. Growth factors have kept their specific biological activity. A culture model of human entire tooth was used to achieve the application of microparticles as a dental direct capping material to confirm their biological activities ex vivo. These microparticles can be useful in studies of early steps of dentin regeneration, activation and migration of progenitor cells in dental pulp

Les recherches que nous présentons dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre du projet européen IBIOLAB[1] qui vise à la création de biolubrifiants écolabellisables. Tout d'abord, une approche d'ingénierie inverse a été réalisée pour déterminer le rôle des tensioactifs natifs des graines oléoprotéagineuses dans la stabilisation des oléosomes dans l'eau. Ceci a permis par la suite une approche générique avec la mise en œuvre d'un procédé intégré qui permet la libération des lipides sous forme émulsionnée. Une étape optionnelle consiste en l'hydrolyse enzymatique in situ des triglycérides. L'activité de la lipase utilisée a été évaluée lors d'une étude d'estérification des acides gras avec différents alcools par une méthode de séparation triphasique (TPP three-phase partitioning). / The present work was performed within the framework of the European project IBIOLAB* which aims to create environmentally friendly biolubricants (able to be eco-labelled). First of all, a reverse engineering methodology was developed to understand the role of oilseed native surfactants in the stability of oil-bodies in water. Subsequently, using a general approach, it was possible to develop a process that allows releasing the lipid fraction into an emulsion. If an in-situ enzymatic hydrolysis of triglycerides is added to this process, an emulsion containing the free fatty acids will be obtained. The activity of the remaining lipase in the emulsion was used to study the esterification of free fatty acids with different alcohols using a three-phase partitioning method.

L’objectif de cette étude est de valoriser des coproduits végétaux tout en proposant une alternative biosourcée, économique et performante aux tensioactifs classiques. Des émulsions de type huile-dans-eau sont fabriquées à partir de poudres végétales finement broyées comme seul matériel tensioactif. Les systèmes dispersés qui en résultent, stabilisés par des particules solides, sont des émulsions dites de Pickering. La première partie de ce manuscrit décrit l’influence du procédé d’émulsification (rotorstator en régime turbulent, ultrasons et homogénéisation haute pression) et des paramètres de formulation sur les propriétés d’émulsions stabilisées par de la poudre de cacao. Le rôle des différentes fractions de la poudre est déterminé et le phénomène de coalescence limitée propre aux émulsions de Pickering est étudié. Nous mettons en évidence une évolution structurale des particules (« dépliement ») sous l’effet du cisaillement appliqué lors de l’émulsification, permettant d’augmenter leur performance en tant qu’agents stabilisants. L’influence de la nature végétale est explorée en élargissant l’étude à des poudres de compositions différentes issues de tourteaux de colza et de lupin. La stabilité de ces émulsions face à l’élimination de la phase continue est ensuite évaluée au regard de la technique de séchage, par lyophilisation et atomisation. Des émulsions sèches riches en huile et redispersables dans l’eau sont ainsi obtenues. Enfin, le pouvoir antioxydant des poudres végétales avant et après séchage des émulsions est caractérisé. / This study aimed at valorizing vegetal byproducts while offering a bio-sourced, cheap and efficient alternative to conventional surfactants. Oil-in-water emulsions were obtained from finely ground plant powders as the only surfactant material. The resulting dispersed systems, stabilized by solid particles, are so-called Pickering emulsions. The first part of this manuscript describes the influence of the emulsification process (rotor-stator in turbulent regime, sonication and high-pressure homogenization) and of the formulation parameters on the properties of emulsions stabilized by cocoa powder. The role of the different fractions of the powder was determined and a phenomenon characteristic of Pickering emulsions, namely limited coalescence, was identified. We evidenced a structural evolution of the particles ("unwrapping") under the effect of the shear applied during the emulsification process, allowing to increase their performance as stabilizing agents. The influence of the vegetal origin was explored by extending the study to powders deriving from rapeseed and lupin oilcakes. The stability of these emulsions with respect to the elimination of the continuous phase was evaluated using 2 drying techniques, freeze-drying and spray-drying. Dry emulsions rich in oil and redispersable in water were obtained. Finally, the antioxidant properties of vegetable powders before and after the drying process were characterized.

L’objectif ici était de développer une méthode de détection des tumeurs cérébrales via des agents de contraste pour l’IRM du 19F à 7 teslas. Nous évaluons en particulier le potentiel de cette méthode à mettre en évidence l’angiogenèse tumorale à l’aide d’agents de contraste fonctionnalisés avec le peptide RGD et ciblant l’intégrine ανβ3, biomarqueur surexprimé à la surface des néo-vaisseaux irriguant la tumeur. Du fait des basses concentrations locales en agent de contraste, les efforts portent dans un premier temps sur l’optimisation d’une séquence multi échos de spin dédiée à l’imagerie du PFOB (perfluorooctyl bromure), perfluorocarbure biocompatible choisi pour constituer la base de nos agents de contraste. Nous montrons qu’un paramétrage minutieux de cette séquence permet la suppression de la J-modulation et un rehaussement du T2, conduisant à une excellente sensibilité in vitro. La séquence est ensuite testée pour des mesures d’oxygénation dans le foie et la rate chez la souris, après injection d’une émulsion de PFOB. Les résultats indiquent une très bonne précision des mesures après injection d’une seule dose d’émulsion. Notre séquence est également utilisée pour réaliser une étude de biodistribution dynamique, permettant de suivre l’accumulation des nanoparticules d’émulsion dans le foie et la rate juste après injection. Nous montrons par ailleurs qu’il est possible d’évaluer la furtivité d’émulsions contenant différentes quantités de PEG (Poly Ethylène Glycol) en ajustant les données expérimentales sur un modèle pharmacocinétique empirique. La séquence est enfin utilisée pour détecter des nanoparticules d’émulsions fonctionnalisées pour cibler l’intégrine ανβ3 dans un modèle souris U87 de glioblastome. Nous comparons les concentrations en agent de contraste obtenues dans la tumeur avec une émulsion contenant le peptide RGD, et une émulsion contrôle. Les résultats indiquent des concentrations significativement plus élevées avec l’émulsion RGD qu’avec l’émulsion contrôle, supposant un ciblage spécifique d’ανβ3 par les nanoparticules fonctionnalisées. Un dernier chapitre est dédié à une nouvelle méthode de spectroscopie de diffusion en 19F, dont le but est d’éliminer le signal vasculaire provenant des nanoparticules de PFOB circulantes afin d’évaluer le signal ne provenant que des particules liées. / This study aimed at developing a method for detection of brain tumors at 7 teslas thanks to 19F MRI contrast agents. We particularly assessed the potential of this method to highlight tumor angiogenesis with RGD-functionalized contrast agents targeting ανβ3 integrin, a biomarker over-expressed at the surface of new capillary blood vessels. Owing to low local concentrations in contrast agent, the first step consisted in optimizing a multi spin echo sequence dedicated to a well-known biocompatible perfluorocarbon, perfluorooctylbromide (PFOB). We show that careful adjustment of sequence parameters allows cancellation of J-modulation and T2 enhancement, and yields an excellent sensitivity in vitro. Our sequence was then tested for oxygenation measurements in the mouse liver and spleen after injection of a PFOB emulsion. The results demonstrate very good accuracy of the measurements after one single infusion of emulsion. We also perform a dynamic biodistribution study in order to monitor emulsion nanoparticle uptake in the liver and spleen. Moreover, we show that stealth of emulsions grafted with different quantities of polyethylene glycol (PEG) can be assessed by fitting experimental data with a pharmacokinetic empirical model. Our sequence was finally used to visualize ανβ3-targeted nanoparticles in a U87 glioblastoma mouse model. Concentrations found in tumors after injection of an RGD-functionalized emulsion and a control emulsion are compared. Concentrations are found to be significantly higher with the RGD emulsion than with the control emulsion, suggesting specific binding of functionalized nanoparticles with ανβ3 integrin. The last part is dedicated to a new diffusion-weighted 19F NMR spectroscopy sequence. This method aims at suppressing vascular signal coming from circulating PFOB nanoparticles in order to evaluate signal coming from bound nanoparticles only.

Nous décrivons dans ce travail l’élaboration de latex nanocomposites à base d’oxyde de cérium en vue d’applications dans le domaine des revêtements. Deux procédés originaux ont été développés afin de contrôler la morphologie des particules. Dans un premier temps, nous avons tiré parti de la forte densité de charges des nanoparticules d’oxyde de cérium pour stabiliser des particules de latex obtenues par polymérisation en émulsion ou en miniémulsion « de Pickering ». Dans les deux cas, la réaction est conduite en présence des particules inorganiques et d’un agent complexant à caractère acide, l’acide méthacrylique, en l’absence de tout tensioactif. Des particules de latex, décorées en surface par les nanoparticules d’oxyde de cérium ont été ainsi synthétisées. Par la suite, une stratégie qui consiste à utiliser des chaînes de polymères hydrophiles, réactivables (macro-agent RAFT) et préalablement adsorbées à la surface des nanoparticules d’oxyde de cérium a été envisagée. Ces chaînes polymères comportant à la fois des fonctions carboxyliques et un groupe trithiocarbonate terminal sont capables de stabiliser la suspension colloïdale des nanoparticules et de réamorcer la polymérisation en mode semi-continu permettant ainsi l’encapsulation de l’oxyde de cérium. Une optimisation visant à utiliser un procédé batch a également été évaluée. Quelle que soit la stratégie employée, une attention toute particulière a été portée à la stabilité colloïdale du milieu ainsi qu’à la cinétique de la réaction. La morphologie des particules composites a été caractérisée par MET et cryo-MET et reliée aux conditions de modification de surface et de polymérisation / This work describes the elaboration of nanocomposite latexes containing cerium dioxide nanoparticles for coating applications. Two original approaches have been developed to control the particle morphology. First, we took advantage of the high charge density of cerium dioxide nanoparticles to stabilize latex particles obtained via emulsion or “Pickering” miniemulsion polymerization. In both cases the reaction was conducted in the presence of the inorganic particles and methacrylic acid as a complexing agent, in the absence of any added surfactant. Armored latex particles covered with cerium dioxide nanoparticules were obtained by this method. Subsequently, another approach based on the use of living hydrophilic polymer chains (macroRAFT agents) previously adsorbed on the surface of the cerium dioxide nanoparticles was considered. These copolymers both containing carboxylic acid groups and carrying a thiocarbonylthio end group led to stable aqueous dispersion of the nanoparticles and could chain extend to form an encapsulating polymer shell under starved feed emulsion polymerization conditions. An optimization using a batch process was also evaluated. For both approaches, particular attention was paid to the colloidal stability of the medium and to the kinetics of the reaction. The morphology of the nanocomposite latex particles was characterized by TEM and cryo-TEM and correlated with the surface modification and the experimental conditions

L'objet de cette thèse est l'étude de la pénétration des actifs cosmétiques dans la peau. Les axes d'investigation principaux ont concerné l'influence des propriétés physicochimiques des actifs et des ingrédients de la formule sur les mécanismes de pénétration. Les actifs cosmétiques choisis sont le rétinol, actif lipophile, et la caféine, actif hydrophile. Les formulations investiguées sont des émulsions de type huile dans eau, comparées aux solutions de tensioactifs correspondantes. Trois huiles cosmétiques ont été utilisées: Butylène glycol de cocoate, Octyldodecyl myristate et la Paraffine liquide, stabilisées en émulsion avec des tensioactifs ester de polyéthylène glycol (PEG20 et PEG6) possédant des longueurs de chaîne carbonées variables (C8, C12, C18 et C18:1). La pénétration percutanée a été mesurée quantitativement en utilisant la méthode des cellules de diffusion de Franz en fonctionnement statique et dynamique et qualitativement par la microscopie confocale Raman. Avec cette combinaison de techniques analytiques, il est possible, de mesurer la pénétration et d’évaluer l'impact de chaque composant de la formulation sur la pénétration cutanée d'un actif. Une corrélation a pu être établie entre l’effet fluidifiant d’une huile et l’augmentation de la pénétration du rétinol. Par ailleurs les tensioactifs, même s’ils ont montré un effet moindre en terme de fluidification conduisent également à une augmentation de la pénétration en raison d’une variation du coefficient de partage de l’actif entre la formule et la peau. Concernant la caféine, l’influence de la structure des tensioactifs et en particulier de la longueur de chaîne carbonée a été mise en évidence / The purpose of this thesis is to study the penetration of cosmetics actives into the skin. The main lines of investigation concerned the influence of actives and formulation components physicochemical properties on the penetration mechanisms. The selected cosmetic actives are retinol, lipophilic, and caffeine, hydrophilic. The investigated formulations are oil in water emulsions, compared to their corresponding surfactant solutions. Three cosmetic oils were used: Butylene glycol cocoate, Octyldodecyl myristate and liquid paraffin. Emulsions are stabilized with polyethylene glycol ester surfactants (PEG20 and PEG6) having variable carbon chain lengths (C8, C12, C18 and C18: 1). Percutaneous penetration was measured quantitatively using Franz diffusion cells in a static and dynamic way and qualitatively by confocal Raman microscopy. With this combination of analytical techniques, it is possible to measure the penetration and evaluate the impact of each formulation component on skin penetration of an active. A correlation could be established between the fluidizing effect of an oil and the increase in retinol penetration. Moreover, the surfactants, although they showed less effect in terms of fluidizing also lead to an increase in penetration due to a variation of the active partition coefficient between the formula and the skin. Regarding caffeine, the influence of the surfactant structure and in particular the carbon chain length has been pointed out

Le besoin pour des biocapteurs à haute sensibilité mais simples à préparer et à utiliser est en constante augmentation, notamment dans le domaine biomédical. Les cristaux colloïdaux formés par des microsphères de polymère ont déjà prouvé leur fort potentiel en tant que biocapteurs grâce à l’association des propriétés des polymères et à la diffraction de la lumière visible de la structure périodique. Toutefois, une meilleure compréhension du comportement de ces structures est primordiale avant de pouvoir développer des capteurs efficaces et polyvalents. Ce travail propose d’étudier la formation et les propriétés des cristaux colloïdaux résultant de l’auto-assemblage de microsphères de polymère en milieu aqueux. Dans ce but, des particules avec différentes caractéristiques ont été synthétisées et caractérisées afin de corréler les propriétés des particules et le comportement de la structure cristalline. Dans un premier temps, des microsphères réticulées de polystyrène anioniques et cationiques ont été préparées par polymérisation en émulsion sans tensioactif. En variant la quantité de comonomère chargé, le chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium ou le sulfonate styrène de sodium, des particules de différentes tailles, formes, polydispersités et charges surfaciques ont été obtenues. En effet, une augmentation de la quantité du comonomère ionique permet de stabiliser de façon électrostatique une plus grande surface et de diminuer ainsi la taille des particules. Cependant, au-dessus d’une certaine concentration, la polymérisation du comonomère en solution devient non négligeable, provoquant un élargissement de la distribution de taille. Quand la polydispersité est faible, ces microsphères chargées, même celles non parfaitement sphériques, peuvent s’auto-assembler et former des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible. Il semble que les répulsions électrostatiques créées par les charges surfaciques favorisent la formation de la structure périodique sur un grand domaine de concentrations et améliorent leur stabilité en présence de sel. Dans un deuxième temps, le besoin d’un constituant stimulable nous a orientés vers les structures cœur-écorce. Ces microsphères, synthétisées en deux étapes par polymérisation en émulsion sans tensioactif, sont formées d’un cœur de polystyrène et d’une écorce d’hydrogel. Différents hydrogels ont été utilisés afin d’obtenir des propriétés différentes : le poly(acide acrylique) pour sa sensibilité au pH, le poly(N-isopropylacrylamide) pour sa thermosensibilité, et, enfin, le copolymère poly(N-isopropylacrylamide-co-acide acrylique) donnant une double sensibilité. Ces microsphères forment des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible à partir d’une certaine concentration critique et pour un large domaine de concentrations. D’après les changements observés dans les spectres de diffraction, les stimuli ont un impact sur la structure cristalline mais l’amplitude de cet effet varie avec la concentration. Ce comportement semble être le résultat des changements induits par la transition de phase volumique sur les interactions entre particules plutôt qu’une conséquence du changement de taille. Les interactions attractives de van der Waals et les répulsions stériques sont clairement affectées par la transition de phase volumique de l’écorce de poly(N-isopropylacrylamide). Dans le cas des microsphères sensibles au pH, les interactions électrostatiques sont aussi à considérer. L’effet de la concentration peut alors être mis en relation avec la portée de ces interactions. Finalement, dans l’objectif futur de développer des biocapteurs de glucose, les microsphères cœur-écorce ont été fonctionnalisées avec l’acide 3-aminophénylboronique afin de les rendre sensibles au glucose. Les effets de la fonctionnalisation et de la complexation avec le glucose sur les particules et leur empilement périodique ont été examinés. La structure cristalline est visiblement affectée par la présence de glucose, même si le mécanisme impliqué reste à élucider. / The need for biosensors with high sensibility but simple preparation and use has been increasing, especially in the biomedical field. Crystalline colloidal arrays (CCAs) formed by polymer microspheres have already demonstrated great potential for biosensing applications, combining the polymer properties to the visible light diffraction caused by their periodic structure. However, a better understanding of the behavior of such structures is essential in the objective to develop efficient and versatile biosensors. This work proposes to investigate the formation and properties of CCAs created by the self-assembly of polymer microspheres in aqueous medium. For that purpose, particles with different features have been synthesized and studied to highlight the correlation between the properties of the particles and the behavior of the CCAs. First, anionic and cationic cross-linked polystyrene microspheres have been prepared by surfactant-free emulsion polymerization. Different sizes, shapes, polydispersities and surface charge densities have been obtained by the use of various amounts of charged comonomers, either vinylbenzyltrimethylammonium chloride or sodium styrenesulfonate. Indeed, an increasing amount of the ionic comonomer leads to a decreasing particle size because of the ability to electrostatically stabilize more surfaces. However, above a certain concentration, the polymerization of the comonomer in solution increases the polydispersity of the particle size. When allowed by a low polydispersity, the charged microspheres can self-assemble into CCAs with intense visible light diffraction, even for particles not quite spherical. It appears that the electrostatic repulsions created by the charges help in the formation of the periodic structure over a wide range of particle concentrations and improve their stability towards ionic strength. Secondly, the need for a sensitive component brought us to investigate core-shell structures. These microspheres, synthesized by a two-step surfactant-free emulsion polymerization, are made of a polystyrene core and a hydrogel shell. Different hydrogels have been used to achieve different properties: poly(acrylic acid) for pH-sensitivity, poly(N-isopropylacrylamide) for thermosensitivity and poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) for double sensitivity to both stimuli. Above a certain critical concentration, and over a wide range of concentrations, these microspheres also form CCAs with visible light diffraction. The resulting crystalline structures also display a response to the stimuli, visible through changes in the diffraction spectra, but the response appears to be dependent on the microsphere concentration. This behavior seems to be the result of a change in the interactions between particles rather than the outcome of the volume change of the particles. Attractive van der Waals and repulsive steric interactions are clearly affected by the temperature-induced volume phase transition of poly(N-isopropylacrylamide) microspheres. In the case of pH-sensitive, electrostatic interactions are also to be considered. The effect of concentration can then related to the range of the interactions. Finally, in the objective to develop glucose sensors, the previous microspheres have been functionalized with 3-aminophenylboronic acid to make them responsive to glucose. The effects of the functionalization and complexation with glucose on the particles and their CCAs have been investigated. The crystalline structure is clearly affected by the presence of glucose, even though the mechanism involved remains to be clarified.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal