El cultivo protegido bajo invernadero tiene altos costes energéticos derivados de la ventilación forzada. En cambio, la ventilación natural puede ser una solución barata que reduzca el consumo energético. No obstante, un diseño que permita la ventilación natural del invernadero supone un reto debido a la complejidad del fenómeno físico. Frente a otros métodos de diseño, como los métodos experimentales o analíticos, en los últimos tiempos la dinámica de fluidos computacional (CFD por sus siglas en inglés) se ha convertido en la herramienta más utilizada para estudiar este tipo de fenómenos, gracias a su relativo bajo coste y a la rapidez en la obtención de resultados. No obstante, los modelos CFD deben refrendarse mediante validaciones realizadas a través de datos experimentales. Un análisis bibliográfico detallado del uso de la CFD aplicada a invernaderos muestra, en general, que los trabajos carecen de suficientes datos experimentales, seguramente debido al alto coste de los sensores para adquirirlos y la dificultad que conlleva el trabajo en condiciones de campo. Además, se observa que las simulaciones CFD en invernaderos no se realizan con un procedimiento sistematizado. Por ello, la presente tesis, por un lado describe un dispositivo y unos métodos sencillos y baratos para obtener datos atmosféricos, y por otro, propone una visión crítica sobre la investigación realizada hasta el momento, con el fin de sistematizar la manera de generar modelos CFD aplicados a la ventilación natural de invernaderos. Finalmente, la tesis se complementa con un ejemplo sobre un caso práctico. Para ello, en primer lugar, se realizó una revisión bibliográfica de las diferentes guías de buenas prácticas en diferentes campos de la tecnología principalmente en edificación, para sistematizar y adaptar las recomendaciones para generar modelos CFD en invernaderos. En segundo lugar, se desarrolló un sistema de adquisición de datos sencillo, consistente en una red de sensores, que permite medir simultáneamente la velocidad y dirección de viento en 20 puntos. Este sistema de sensores fue calibrado y probado en campo satisfactoriamente obteniendo una precisión similar a los anemómetros comerciales con un precio 30 veces superior. En tercer lugar, se generaron 24 modelos del flujo de aire alrededor del invernadero, resultantes de la combinación de cuatro modelos de turbulencia (k- ¿; RNG k-¿; k-¿ y RSM); dos esquemas de discretización (primer orden y segundo orden) y tres velocidades de viento exterior (3; 3,5 y 4 m/s) con el fin de analizar sus diferencias y demostrar sus ventajas e inconvenientes. Por este motivo, en cuarto lugar, se comprobó su capacidad de ajustarse a los datos de campo, validando los modelos con un análisis de regresión lineal sobre los datos experimentales. Con este estudió se reveló que los modelos SST k-¿ y el RSM (segundo orden) son los que mejor representan el flujo de ventilación y se demostró que el modelo k-¿ estándar (primer orden), el más utilizado en la bibliografía, no sólo ofrece resultados diferentes al resto de modelos, sino que su rendimiento es pobre para predecir el flujo de ventilación. / Granell Ruiz, R. (2014). Análisis del flujo ambiental y propuesta metodológica para simulaciones CFD aplicadas a la ventilación natural de invernaderos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37194

[EN] The aim of tissue engineering is to develop functional biological substitutes to replace or restore damaged tissues by preparing three-dimensional scaffolds able to accommodate cells plus signaling factors to promote the regeneration of damaged tissue. There is a special interest in developing scaffolds that while providing a favourable environment for cells also possess a degradation rate that can be adapted to the tissue's rate of regeneration. Scaffolds should be porous and possess a pore morphology adapted to the application for which they are designed. They must also be able to hold large quantities of water (hydrogels) while presenting suitable cell/biomaterial interaction. The aim of this thesis is to create chitosan-based three-dimensional porous structures with tunable degradation rates with particular interest in fast degradation rate. Hydrogels of block-copolymer networks were prepared to crosslink the chitosan (CHT) or carboxymethyl chitosan (CmCHT) with either a hydrophobic polymer of low molecular weight, such as poly(ε-caprolactone), (PCL) or a hydrophilic polymer such as poly(ethylene glycol), (PEG). The hypothesis was that the degradation of the cross-linker polymer leaves behind large water-soluble polymer chains (protonated chitosan or carboxymethyl chitosan). However, in spite of chitosan's favourable properties, the polymer has relatively slow biodegradation times in enzymatic media that contain lysozyme and even slower in hydrolytic conditions. Chitosan's physical and chemical properties largely depend on its deacetylation degree (DD). In order to analyze these properties, chitosan was synthesized with various DD ranging from 85% to 45%. Water absorption was seen to rise rapidly as deacetylation was reduced. This would appear to contradict the fact that chitin water absorption (low DD) is much lower than that of chitosan. In order to understand this behaviour, it was analyzed the dependence of the degree of network swelling on the parameters determined by the Flory Rhener theory, the elastic properties of the network and the density of the cross-linking according to the sample's water content. The thermal stability of chitosan according to its DD was analysed by thermogravimetry. Different methods were applied to obtain the activation energy. Electrospinning was chosen as the porous membrane preparation technique as it provides thin membranes that can be handled with fiber sizes in the order of microns. The influence of the electrospinning and cross-linking processes on the thermal stability of chitosan was analyzed. Chitosan and carboxymethyl chitosan hydrogels covalently cross-linked with short chains of poly(ε-caprolactone), (PCL) and poly(ethylene glycol) (PEG) were synthesized. The formation of networks was confirmed by solubility tests with appropriate solvents for each polymer. Hydrogels that absorbed large quantities of water were obtained, with values that ranged between 90 and 5000%. The calorimetric tests together with the Studies on the kinetics of hydrolytic and enzymatic biodegradation showed three different systems: CmCHT-PEG system that can be classified as stable hydrogel, CHT-PCL system as semidegradable hydrogel and degradable hydrogels with degradation kinetics in the order of days for the CmCHT-PCL system. Finally, biological studies were carried out on porous CmCHT-PCL hydrogels. Mesenchymal stem cells (MSCs) from pig adipose tissue were then cultivated and the results showed that these networks can be used in the organism in tissue engineering applications with degradation times of around a week. / [ES] La ingeniería tisular tiene como finalidad desarrollar sustitutos biológicos funcionales que reemplacen o restauren los tejidos dañados. Se trata de preparar andamiajes tridimensionales (scaffolds) que sean capaces de albergar células y factores de señalización que favorezcan la regeneración del tejido dañado. Existe un especial interés en el desarrollo de scaffolds que proporcionando un entorno favorable a las células, tengan una tasa de degradación que se adapte a velocidad de regeneración del tejido. Los scaffolds deben ser porosos y poseer una morfología del poro adaptada a la aplicación para la que son diseñados. Deben ser capaces de albergar gran cantidad de agua (hidrogeles) al tiempo que presentan una interacción célula/biomaterial adecuada. El objetivo de esta tesis es el de crear estructuras porosas tridimensionales basadas en quitosano con velocidades de degradación ajustables con particular interés en velocidades de degradación altas. Se han preparado hidrogeles de redes de copolimeros en bloque entrecruzando el quitosano, (CHT) o el carboximetil quitosano, (CmCHT) con un polímero hidrófobo de bajo peso molecular como la poli(ε-caprolactona), (PCL) o bien con un polímero hidrófilo como es el poli(etilenglicol), (PEG). La hipótesis de trabajo fue que la degradación del polímero que actúa como entrecruzador debe dejar grandes cadenas del polímero (quitosano protonado o carboximetil quitosano) que son solubles en agua. A pesar de las buenas propiedades del quitosano, el polímero presenta tiempos de biodegradación bastante lentos en medio enzimático conteniendo lisozima y aún más lentos en condiciones hidrolíticas. Las propiedades físico-químicas del quitosano dependen en gran medida del grado de desacetilación, DD. Con el fin de analizar dichas propiedades se ha llevado a cabo la síntesis de quitosano con DD variando entre 85% y el 45%. Se ha comprobado que la absorción de agua aumenta rápidamente a medida que el grado de desacetilación disminuye. Esto parece contradecir el hecho de que la absorción de agua de la quitina (DD bajo) es mucho menor que la de quitosano. Para entender dicho comportamiento se han analizado los parámetros que determinan la teoría de Flory Rhener, las propiedades elásticas de la red y la densidad de entrecruzamiento en función del contenido en agua de la muestra. La estabilidad térmica del quitosano en función de DD ha sido analizada por termogravimetría. Se han aplicado diferentes métodos para obtener la energía de activación. Como técnica de preparación de membranas porosas se ha elegido el electrohilado, ya que permite obtener membranas delgadas y manipulables con tamaños de fibra del orden de micras. Se ha analizado la influencia de los procesos de electrohilado y entrecruzamiento en la estabilidad térmica del quitosano. Se han sintetizado hidrogeles de quitosano, y carboximetil quitosano entrecruzados covalentemente con cadenas cortas de poli(ε-caprolactona), y poli(etilenglicol). La formación de las redes se ha confirmado mediante ensayos de solubilidad con buenos solventes para cada polímero. En todos los casos se han obtenido hidrogeles que absorben gran cantidad de agua con valores que oscilan entre 90 y 5000%. Los estudios de las cinéticas de biodegradación tanto hidrolítica como enzimática revelan la obtención de tres sistemas que se pueden clasificar como hidrogeles estables, para los hidrogeles formados por CmCHT-PEG, hidrogeles semidegradables para el sistema CHT-PCL y finalmente hidrogeles degradables con cinéticas de degradación del orden de días, para el sistema CmCHT-PCL. Finalmente se ha llevado a cabo estudios biológicos de los hidrogeles porosos de CmCHT-PCL. Se realizaron cultivos con células mesenquimales del tejido adiposo de cerdo (MSCs). Los resultados han revelado que dichas redes pueden ser utilizadas como sistemas de liberación de células en el organismo con tiempos de degradación / [CA] L'enginyeria tissular té com a finalitat desenvolupar substituts biològics funcionals que reemplacen o restauren els teixits danyats. Es tracta de preparar suports tridimensionals (esquelets o scaffolds) que siguen capaços d'albergar cèl.lules i factors de senyalització que afavorisquen la regeneració del teixit danyat. Hi ha un interès especial en el desenvolupament d'esquelets que, proporcionant un entorn favorable a les cèl.lules, tinguen una taxa de degradació que s'adapte a la velocitat de regeneració del teixit. Els scaffolds han de ser porosos i han de tenir una morfologia del porus adaptada a l'aplicació per a la qual són dissenyats. Han de ser capaços d'albergar una gran quantitat d'aigua (hidrogels) alhora que presenten una interacció cèl.lula/biomaterial adequada. L'objectiu d'aquesta tesi és crear estructures poroses tridimensionals basades en quitosan amb velocitats de degradació sintonizables amb un interés particular de rutes de degradació altes. S'han preparat hidrogels de xarxes de copolímers en bloc entrecreuant el quitosan o el carboximetil quitosan amb un polímer hidròfob de baix pes molecular com la poli (ε-caprolactona), o bé amb un polímer hidròfil com és el poli (etilenglicol). Es tracta d'aconseguir que quan el polímer que actua com a entrecreuador es degrade, deixe grans cadenes del polímer (quitosan protronat o carboximetil quitosan) que són solubles en aigua. A pesar de les bones propietats del quitosan, el polímer presenta cinètiques de biodegradació lentes en condicions enzimàtiques quan conté lisozima i encara més lentes en condicions hidrolítiques. Les propietats fisicoquímiques del quitosan depenen en gran mesura del grau de desacetilació, DD. A fi d'analitzar aquestes propietats, s'ha dut a terme la síntesi de quitosan amb un DD que variava entre el 85% i el 45%. S'ha comprovat que l'absorció d'aigua augmenta ràpidament a mesura que el grau de desacetilació disminueix. Això sembla que contradiu el fet que l'absorció d'aigua de la quitina (DD baixos) és molt menor que no la de quitosan. Per a entendre aquest comportament s'ha analitzat la dependència del grau d'unflament de la xarxa amb els paràmetres que determina la teoria de Flory Rhener, les propietats elàstiques de la xarxa i la densitat d'entrecreuament en funció del contingut en aigua de la mostra. L'estabilitat tèrmica del quitosan en funció del DD ha sigut analitzada per termogravimetria. S'han aplicat diversos mètodes per obtenir l'energia d'activació. Com a tècnica de preparació de membranes poroses s'ha utilitzat l'electrofilatura, ja que permet obtenir membranes primes i manipulables amb grandàries de fibra de l'ordre de micres. S'ha analitzat la influència dels processos d'electrofilatura i entrecreuament amb l'estabilitat tèrmica del quitosan. S'han sintetitzat hidrogels de quitosan i carboximetil quitosan entrecreuats covalentment amb cadenes curtes de poli(ε-caprolactona) i poli(etilenglicol). La formació de les xarxes s'ha confirmat per mitjà d'assajos de solubilitat amb bons solvents per a cada polímer. En tots els casos s'han obtingut hidrogels que absorbeixen una gran quantitat d'aigua, compresa en valors que oscil.len entre el 90 i el 5.000%. Els estudis de les cinètiques de biodegradació tant hidrolítica com enzimàtica revelen l'obtenció de tres sistemes que es poden classificar com a hidrogels estables (per als hidrogels formats per CmCHT-PEG), hidrogels semidegradables (per al sistema CHT-PCL) i, finalment, hidrogels degradables amb cinètiques de degradació de l'ordre de dies (per al sistema CmCHT-PCL). Finalment s'ha dut a terme estudis biològics dels hidrogels porosos de CmCHT-PCL. Es van realitzar cultius amb cèl.lules mesenquimals del teixit adipós de porc (MSCs). Els resultats han revelat que aquestes xarxes poden ser utilitzades com a sistemes d'alliberament de cèl.lules en l'organisme amb temps de degradació de l'ordre d'una setm / Gámiz González, MA. (2016). Biodegradable hydrogels based on water-soluble chitosan for cell transplant [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/73070

L’alcool polyvinylique a été fonctionnalisé avec des aldéhydes et des acides boroniques dans le but d’obtenir des polymères pouvant apporter de la brillance tout en étant solubles dans les formulations de rouges à lèvres ou de vernis à ongles. De bons taux de fonctionnalisation ont été obtenus permettant d’avoir une bibliothèque de poly(vinyl acétals) et de poly(vinyl esters boroniques) d’une cinquantaine de polymères. Une multi-fonctionnalisation du PVA a été effectuée pour obtenir des polymères alliant ces deux propriétés. Cinq poly(vinyl acétals) ont ainsi permis d’apporter une forte brillance à des rouges à lèvres. La E-poly-L-lysine a également été fonctionnalisée avec diverses cétones afin d’obtenir de nouvelles poly-4-imidazolidinones. Ces polymères sont prometteurs pour des applications dans des produits cosmétiques tels que des soins. Ils ont également été utilisés en catalyse organique asymétrique. / Poly(vinyl alcohol) has been functionalized with aldehydes and boronic acids to obtain polymers with high shining and being soluble in cosmetic formulations as lipsticks or nail polishes. Good grafting rates have been obtained permitting to have a library of about fifty poly(vinyl acetals) and poly(vinyl boronic esters). Multi-functionalization has been developped to obtain polymers having these both properties. Five polymers gave strong shining to lipsticks. E-poly-L-lysine was also functionalized with several ketones to obtain new poly-4-imidazolidinones. These polymers are promising for cosmetic applications as skincare products. They were also used for organocatalysis.

<p>Degradable polymers have gained an increased attention in the field of biomedical applications over the past decades, for example in tissue engineering. One way of improving the biocompatibility of these polymers is by chemical surface modification, however the risk of degradation during the modification procedure is a limiting factor. In some biomedical applications, for example in nerve guides, a patterned surface is desired to improve the cell attachment and proliferation.</p><p>In this thesis a new non-destructive, single-step, and solvent free method for surface modification of degradable polymers is described. Poly(L-lactide) (PLLA) substrates have been functionalized with one of the following vinyl monomers; N-vinylpyrrolidone (VP), acrylamide (AAm), or maleic anhydride (MAH) grafts. The substrates were subjected to a vapor phase atmosphere constituted of a mixture of a vinyl monomer and a photoinitiator (benzophenone) in a closed chamber at very low pressure and under UV irradiation. Poly(ε-caprolactone) (PCL), poly(lactide-co-glycolide) (PLGA), and poly(trimethylene carbonate) (PTMC) have been surface modified with VP using the same procedure to show the versatility of the method. The wettability of all of the four substrates increased after grafting. The surface compositions were confirmed by ATR-FTIR and XPS. The VP grafted PLLA, PTMC and PLGA substrates have been shown to be good substrates for the normal human cells i.e. keratinocytes and fibroblasts, to adhere and proliferate on. The topography of substrates with well defined nano patterns was preserved during grafting, since the grafted layer is very thin. We have also shown that the method is useful for a simultaneous chemical and topographical modification of substrates by masked vapor phase grafting. The surface topography was determined with SEM and AFM.</p> / <p>Intresset för användningen av nedbrytbara polymerer till biomedicinska applikationer som till exempel vävnads rekonstruktion har ökat avsevärt de senaste decennierna. Ett sätt att öka biokompatibiliteten hos dessa polymerer är genom kemisk ytmodifiering, men risken för nedbrytning under själva modifieringen är en begränsande faktor. I vissa biomedicinska applikationer, till exempel nervguider, är det önskvärt att ha en väldefinierad ytstruktur för att öka vidhäftningen och tillväxten av celler.</p><p>I den här avhandlingen presenteras en ny ickeförstörande, lösningsmedelsfri enstegsprocess för ytmodifiering av nedbrytbara polymerer. Substrat av poly(L-laktid) (PLLA) har ytfunktionaliserats med var och en av följande vinylmonomerer, N-vinylpyrrolidon (VP), akrylamid (AAm) eller maleinsyraanhydrid (MAH). Substraten har exponerats för en gasfasatmosfär av en blandning av en vinylmonomer och en fotoinitiator (bensofenon) i en tillsluten reaktor vid mycket lågt tryck och under UV-strålning. Metodens mångsidighet har även påvisats genom att ytmodifiera substrat av poly(ε-kaprolakton) (PCL), poly(laktid-co-glykolid) (PLGA) och poly(trimetylen karbonat) (PTMC) med VP. Vätbarheten ökade för alla fyra materialen efter ympning med en vinylmonomer. Ytsammansättningen fastställdes med ATR-FTIR och XPS. De VP ympade filmerna av PLLA, PLGA och PTMC visade sig vara bra substrat för mänskliga celler, i detta fall keratinocyter och fibroblaster, att vidhäfta och växa på. Yttopografin hos filmer med väldefinierade nanomönstrade ytor kunde bevaras efter ympning, tack vare att det ympade lagret är så tunt. Gasfas metoden har också visat sig användbar för att simultant ytmodifiera både kemiskt och topografiskt genom maskad gasfasympning. Yttopografin bestämdes med SEM och AFM.</p>

No description available.

This study presents air distribution systems that are based on confluent jets; this system can be of interest for the establishment of indoor environments, to fulfill the goals of indoor climate and energy-efficient usage. The main objective of this study is to provide deeper understanding of the flow field development of a supply device that is designed based on wall confluent jets and to investigate the ventilation performance by experimental and numerical methods. In this study, the supply device can be described as an array of round jets on a flat surface attached to a side wall. Multiple round jets that issue from supply device apertures are combined at a certain distance downstream from the device and behave as a united jet or so-called confluent jets. Multiple round jets that are generated from the supply device move downward and are attached to the wall at the primary region, due to the Coanda effect, and then they become wall confluent jets until the floor wall is reached. A wall jet in a secondary region is formed along the floor after the stagnation region. The characteristics of the flow field and the ventilation performance of conventional wall confluent jets and modified wall confluent jets supply devices are investigated experimentally in an office test room. The study of the modified wall confluent jets is intended to improve the efficiency of the conventional one while maintaining acceptable thermal comfort in an office environment. The results show that the modified wall confluent jets supply device can provide acceptable thermal comfort for the occupant with lower airflow rate compared to the conventional wall confluent jets supply device. Numerical predictions using three turbulence models (renormalization group (RNG k– ε), realizable (Re k– ε), and shear stress transport (SST k– ω) are evaluated by measurement results. The computational box and nozzle plate models are used to model the inlet boundary conditions of the nozzle device. In the isothermal study, the wall confluent jets in the primary region and the wall jet in the secondary region, when predicted by the three turbulence models, are in good agreement with the measurements. The non-isothermal validation studies show that the SST k– ω model is slightly better at predicting the wall confluent jets than the other two models. The SST k– ω model is used to investigate the effects of the nozzle diameter, number of nozzles, nozzle array configuration, and inlet discharge height on the ventilation performance of the proposed wall confluent jets supply device. The nozzle diameter and number of nozzles play important roles in determining the airflow pattern, temperature field, and draught distribution. Increased temperature stratification and less draught distribution are achieved by increasing the nozzle diameter and number of nozzles. The supply device with smaller nozzle diameters and fewer nozzles yields rather uniform temperature distribution due to the dominant effect of mixing. The flow behavior is nearly independent of the inlet discharge height for the studied range. The proposed wall confluent jets supply device is compared with a mixing supply device, impinging supply device and displacement supply device. The results show that the proposed wall confluent jets supply device has the combined behavior of both mixing and stratification principles. The proposed wall confluent jets supply device provides better overall ventilation performance than the mixing and displacement supply devices used in this study. This study covers also another application of confluent jets that is based on impinging technology. The supply device under consideration has an array of round jets on a curve. Multiple jets issue from the supply device aperture, in which the supply device is positioned vertically and the jets are directed against a target wall. The flow behavior and ventilation performance of the impinging confluent jets supply device is studied experimentally in an industrial premise. The results show that the impinging confluent jets supply device maintains acceptable thermal comfort in the occupied zone by creating well-distributed airflow during cold and hot seasons.

Les Processus Markoviens Déterministes par Morceaux (PDMP) ont été introduits dans la littérature par M.H.A Davis comme une classe générale de modèles stochastiques. Les PDMP forment une famille de processus markoviens qui décrivent une trajectoire déterministe ponctuée par des sauts aléatoires. Dans une première partie, les PDMP sont utilisés pour calculer des probabilités d'événements redoutés pour un cas-test de la fiabilité dynamique (le réservoir chauffé) par deux méthodes numériques différentes : la première est basée sur la résolution du système différentieldécrivant l'évolution physique du réservoir et la seconde utilise le calcul de l'espérancede la fonctionnelle d'un PDMP par un système d'équations intégro-différentielles.Dans la seconde partie, nous proposons une méthode numérique pour approcher lafonction valeur du problème d'arrêt optimal pour un PDMP. Notre approche estbasée sur la quantification de la position après saut et le temps inter-sauts de lachaîne de Markov sous-jacente au PDMP, et la discréetisation en temps adaptée à latrajectoire du processus. Ceci nous permet d'obtenir une vitesse de convergence denotre schéma numérique et de calculer un temps d'arrêt ε-optimal. / Piecewise Deterministic Markov Processes (PDMP's) have been introduced inthe literature by M.H.A. Davis as a general class of stochastics models. PDMP's area family of Markov processes involving deterministic motion punctuated by randomjumps. In a first part, PDMP's are used to compute probabilities of top eventsfor a case-study of dynamic reliability (the heated tank system) with two di#erentmethods : the first one is based on the resolution of the differential system giving thephysical evolution of the tank and the second uses the computation of the functionalof a PDMP by a system of integro-differential equations. In the second part, wepropose a numerical method to approximate the value function for the optimalstopping problem of a PDMP. Our approach is based on quantization of the post-jump location and inter-arrival time of the Markov chain naturally embedded in thePDMP, and path-adapted time discretization grids. It allows us to derive boundsfor the convergence rate of the algorithm and to provide a computable ε-optimalstopping time.

L'ingénierie tissulaire du ligament constitue une approche prometteuse pour réparer ou remplacer un ligament endommagé. Les trois piliers essentiels de l'ingénierie tissulaire ligamentaire sont la matrice de support (aussi appelée scaffold), la source cellulaire, ainsi que l'apport de stimulations biomécaniques/biochimiques : ces trois piliers ont été partiellement étudiés par le passé dans le but de s’orienter vers une régénération ligamentaire. Dans la présente étude, le polymère synthétique poly (L-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) et la soie ont été proposés et comparés comme de potentiels candidats pour la constitution d’une matrice de support. Une série de matrices tressées multicouches à base de PLCL et de soie, ainsi qu'un nouveau composite soie/PLCL ont été développés et comparés. Les caractérisations physico-chimiques et biologiques ont démontré que le PLCL et la soie constituent des candidats pertinents, tant sur les plans mécaniques que biologiques, pour la constitution d’une matrice de support. De plus, nous avons montré que le composite soie/PLCL offrait des propriétés mécaniques et une biocompatibilité accrue par rapport aux autres matrice testées, et constituait probablement le candidat le plus approprié pour l'ingénierie tissulaire du ligament. Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) de la gelée de Wharton (WJ-MSCs) ainsi que les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse (BM-MSCs) ont été évaluées et comparées en tant que sources cellulaires potentielles pour la régénération ligamentaire. Les caractéristiques biologiques de ces cellules incluent l’adhésion cellulaire, la prolifération, la migration et la synthèse de matrice extracellulaire. Ces deux types de cellules ont montré une bonne biocompatibilité dans leurs interactions avec les matrices de support en PLCL et en soie. Aucune différence significative n'a été observée entre les WJ-MSCs et les BM-MSCs. Enfin, l'effet de la stimulation biomécanique sur la différentiation des CSM en tissu ligamentaire a été évalué par le biais d’un bioréacteur de traction-torsion. Bien que peu de cellules aient été détectées la matrice après 7 jours de stimulation, des CSM de forme allongée le long des fibres ont été détectées, ce qui permet de penser qu'il est possible de promouvoir la différenciation des biosubstituts matrice-cellules grâce à la stimulation mécanique en bioréacteur. En conclusion, cette étude démontre le potentiel prometteur de l’association de cellules souches mésenchymateuses issues de la gelée de Wharton ou de la moelle osseuse avec une matrice de support composite soie/PLCL pour la régénération ligamentaire dans le futur. / Ligament tissue engineering offers a potential approach to recover or replace injured ligament. The three essential elements that have been investigated towards ligament regeneration consist in a suitable scaffold, an adapted cell source, and the supply of biomechanical/biochemical stimulations. In the current study, synthetic polymer poly (L-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) and silk have been evaluated as suitable candidates to constitute an adapted scaffold. A series of multilayer braided scaffolds based on PLCL and silk, as well as an original silk/PLCL composite scaffold, have been developed and compared. The conducted physicochemical and biological characterizations have demonstrated that both PLCL and silk constitute adapted candidate material to form ligament scaffolds from the mechanical and biological points of view. Moreover, it has been observed that silk/PLCL composite scaffold resulted in adequate mechanical properties and biocompatibility, and therefore could constitute suitable candidate scaffolds for ligament tissue engineering. Both Wharton’s Jelly mesenchymal stem cells (WJ-MSCs) and Bone marrow mesenchymal stem cells (BM-MSCs) have been evaluated to be cell source for ligament regeneration. MSCs behaviors including cell attachment, proliferation, migration and extracellular matrix synthesis have been investigated. In the present study, both MSCS showed a good biocompatibility to interact with PLCL and silk scaffolds. No significant differences have been detected between WJ-MSCs and BM-MSCs. Finally, the effect of biomechanical stimulation on MSCs differentiation towards ligament tissue has been carried out with a tension-torsion bioreactor. Although few cells were detected on scaffold after 7 days of stimulation, MSCs were observed to exhibit an elongated shape along the longitudinal direction of fibers, which may indicate that an adapted mechanical stimulation could promote MSC-scaffold constructs differentiation towards ligamentous tissue. As a conclusion, this study demonstrates the potential of WJ-MSCs and BM-MSCs combined with a new silk/PLCL composite scaffold towards ligament regeneration.

Degradable polymers have gained an increased attention in the field of biomedical applications over the past decades, for example in tissue engineering. One way of improving the biocompatibility of these polymers is by chemical surface modification, however the risk of degradation during the modification procedure is a limiting factor. In some biomedical applications, for example in nerve guides, a patterned surface is desired to improve the cell attachment and proliferation. In this thesis a new non-destructive, single-step, and solvent free method for surface modification of degradable polymers is described. Poly(L-lactide) (PLLA) substrates have been functionalized with one of the following vinyl monomers; N-vinylpyrrolidone (VP), acrylamide (AAm), or maleic anhydride (MAH) grafts. The substrates were subjected to a vapor phase atmosphere constituted of a mixture of a vinyl monomer and a photoinitiator (benzophenone) in a closed chamber at very low pressure and under UV irradiation. Poly(ε-caprolactone) (PCL), poly(lactide-co-glycolide) (PLGA), and poly(trimethylene carbonate) (PTMC) have been surface modified with VP using the same procedure to show the versatility of the method. The wettability of all of the four substrates increased after grafting. The surface compositions were confirmed by ATR-FTIR and XPS. The VP grafted PLLA, PTMC and PLGA substrates have been shown to be good substrates for the normal human cells i.e. keratinocytes and fibroblasts, to adhere and proliferate on. The topography of substrates with well defined nano patterns was preserved during grafting, since the grafted layer is very thin. We have also shown that the method is useful for a simultaneous chemical and topographical modification of substrates by masked vapor phase grafting. The surface topography was determined with SEM and AFM. / Intresset för användningen av nedbrytbara polymerer till biomedicinska applikationer som till exempel vävnads rekonstruktion har ökat avsevärt de senaste decennierna. Ett sätt att öka biokompatibiliteten hos dessa polymerer är genom kemisk ytmodifiering, men risken för nedbrytning under själva modifieringen är en begränsande faktor. I vissa biomedicinska applikationer, till exempel nervguider, är det önskvärt att ha en väldefinierad ytstruktur för att öka vidhäftningen och tillväxten av celler. I den här avhandlingen presenteras en ny ickeförstörande, lösningsmedelsfri enstegsprocess för ytmodifiering av nedbrytbara polymerer. Substrat av poly(L-laktid) (PLLA) har ytfunktionaliserats med var och en av följande vinylmonomerer, N-vinylpyrrolidon (VP), akrylamid (AAm) eller maleinsyraanhydrid (MAH). Substraten har exponerats för en gasfasatmosfär av en blandning av en vinylmonomer och en fotoinitiator (bensofenon) i en tillsluten reaktor vid mycket lågt tryck och under UV-strålning. Metodens mångsidighet har även påvisats genom att ytmodifiera substrat av poly(ε-kaprolakton) (PCL), poly(laktid-co-glykolid) (PLGA) och poly(trimetylen karbonat) (PTMC) med VP. Vätbarheten ökade för alla fyra materialen efter ympning med en vinylmonomer. Ytsammansättningen fastställdes med ATR-FTIR och XPS. De VP ympade filmerna av PLLA, PLGA och PTMC visade sig vara bra substrat för mänskliga celler, i detta fall keratinocyter och fibroblaster, att vidhäfta och växa på. Yttopografin hos filmer med väldefinierade nanomönstrade ytor kunde bevaras efter ympning, tack vare att det ympade lagret är så tunt. Gasfas metoden har också visat sig användbar för att simultant ytmodifiera både kemiskt och topografiskt genom maskad gasfasympning. Yttopografin bestämdes med SEM och AFM. / QC 20101014

The introduction of a nanoscopic reinforcing phase to a polymer matrix offers great possibilities of obtaining improved properties, enabling applications outside the boundaries of traditional composites. The majority of the work in this thesis has been devoted to polymer/clay nanocomposites in coating applications, using the hydroxyl-functional hyperbranched polyester Boltorn® as matrix and montmorillonite clay as nanofiller. Nanocomposites with a high degree of exfoliation were readily prepared using the straightforward solution-intercalation method with water as solvent. Hard and scratch-resistant coatings with preserved flexibility and transparency were obtained, and acrylate functionalization of Boltorn® rendered a UV-curable system with similar property improvements. In order to elucidate the effect of the dendritic architecture on the exfoliation process, a comparative study on the hyperbranched polyester Boltorn® and a linear analogue of this polymer was performed. X-ray diffraction and transmission electron microscopy confirmed the superior efficiency of the hyperbranched polymer in the preparation of this type of nanocomposites. Additionally, an objective of this thesis was to investigate how cellulose nanofibers can be utilized in high performance polymer nanocomposites. A reactive cellulose “nanopaper” template was combined with a hydrophilic hyperbranched thermoset matrix, resulting in a unique nanocomposite with significantly enhanced properties. Moreover, in order to fully utilize the great potential of cellulose nanofibers as reinforcement in hydrophobic polymer matrices, the hydrophilic surface of cellulose needs to be modified in order to improve the compatibility. For this, a grafting-from approach was explored, using ring-opening polymerization of ε-caprolactone (CL) from microfibrillated cellulose (MFC), resulting in PCL-modified MFC. It was found that the hydrophobicity of the cellulose surfaces increased with longer graft lengths, and that polymer grafting rendered a smoother surface morphology. Subsequently, PCL-grafted MFC film/PCL film bilayer laminates were prepared in order to investigate the interfacial adhesion. Peel tests demonstrated a gradual increase in the interfacial adhesion with increasing graft lengths. / QC20100621