Partículas e filmes híbridos de polímeros e compostos de amônio quaternário (CAQ) foram caracterizados quanto a propriedades físicas e atividade contra cepas de Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 e Staphylococcus aureus ATCC 25923. Partículas híbridas foram obtidas a partir de fragmentos de bicamada (BF) de brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB), adicionados consecutivamente de soluções de carboximetilcelulose (CMC) e cloreto de poli (dialildimetilamônio) (PDDA) e, a seguir, caracterizadas por espalhamento de luz dinâmico para determinação de distribuições de tamanho, diâmetro médio (Dz) e potencial-zeta (ζ). Filmes híbridos foram obtidos por revestimento rotacional de lamínulas de vidro a partir de uma solução clorofórmica de poli (metil metacrilato) (PMMA) e CAQ onde [PMMA] = 10 mg/mL e [CAQs] = 0,03 4 mM de DODAB, brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) ou brometo de tetrapropilamônio (TPAB). Molhabilidade dos filmes e difusibilidade dos CAQs nos filmes imersos em água foram avaliadas por determinação de ângulo de contato e de tensão superficial na interface ar-água, respectivamente. Atividade antimicrobiana foi avaliada por plaqueamento e contagem de viáveis, tanto para os filmes quanto para as partículas. Para os filmes, também foram determinados halos de inibição. Partículas de DODAB BF/ CMC/ PDDA exibiram Dz e ζ dependentes da concentração dos componentes. A 0,1 mM de DODAB, 0,1 mg/mL de CMC e 0,1 mg/mL de PDDA, foram obtidas partículas pequenas (Dz = 100 nm; ζ = 30 mV). Com 0,5 mM de DODAB, 0,5 mg/mL de CMC e 0,5 mg/mL de PDDA foram obtidas partículas grandes (Dz = 470 nm; ζ = 50 mV). Contra 107 UFC/mL, 1 - 2 µg/mL de PDDA, sozinho em solução ou em forma de partículas, matou 99 % das células de P. aeruginosa. O mesmo ocorreu contra S. aureus (107 UFC/mL) em 10 µg/mL de PDDA. A ação antimicrobiana mostrou-se dependente da quantidade de cargas positivas nas partículas e independente do tamanho da partícula. Filmes de PMMA/ CAQ apresentaram maior molhabilidade do que aqueles de PMMA puro. Filmes de PMMA/ DODAB e PMMA/ TPAB submersos em água não causaram alterações de tensão superficial na interface ar-água, indicando baixa difusibilidade destes CAQs a partir dos filmes. Filmes de PMMA/ CTAB submersos em água reduziram a tensão superficial até aproximadamente 60 mN/m, mostrando a difusibilidade do CTAB no filme e sua organização na interface ar-água. O efeito antimicrobiano dos filmes PMMA/ DODAB e PMMA/ CTAB foi dependente da concentração do CAQ utilizada no preparo do filme. Viabilidade celular de 0% contra 107 UFC/mL de ambas as bactérias ocorreu com 4 mM de DODAB ou, com 2 ou 0,2 mM de CTAB contra P. aeruginosa ou S. aureus, respectivamente. Filmes de PMMA/ TPAB não apresentaram atividade antimicrobiana. Com a emergência de micro-organismos resistentes aos antibióticos, os novos nanomateriais antimicrobianos híbridos de polímeros e compostos de amônio quaternário podem representar uma alternativa de fácil obtenção e baixo custo. / Hybrid particles and films from polymers and quaternary ammonium compounds (QAC) were characterized regarding its physical properties and antimicrobial activity against strains of Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 or Staphylococcus aureus ATCC 25923. Hybrid particles were obtained from dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) bilayer fragments (BF), consecutively added of carboximethylcellulose (CMC) and poly (diallyldimethylammonium) chloride (PDDA) solutions, and then, characterized by dynamic light-scattering for determination of size distributions, z-average diameter (Dz) and zeta-potential (ζ). Hybrid films were obtained by spin-coating of a chloroformic solution of poly (methylmethacrylate) (PMMA) and QAC on glass coverslips at [PMMA] = 10 mg/mL and [QACs] = 0.03 -4 mM where QACs were DODAB, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) or tetrapropylammonium bromide (TPAB). Films wettability and QACs diffusibility in the films immersed in water were evaluated by determinations of contact angle and surface tension at air-water interface, respectively. Antimicrobial activity was evaluated by plating and CFU counting both for particles and films. For the hybrid films, width of inhibition zone was also determined. DODAB BF/ CMC/ PDDA particles exhibited Dz and ζ dependent on the concentrations of the components. At 0.1 mM DODAB, 0.1 mg/mL CMC, and 0.1 mg/mL PDDA, small cationic particles were obtained (Dz = 100 nm; ζ = 30 mV). At 0.5 mM DODAB, 0.5 mg/mL CMC and 0.5 mg/mL PDDA, large cationic particles were obtained (Dz = 470 nm; ζ = 50 mV). At 107 CFU/mL, cell viability of 1 % for P. aeruginosa was obtained for PDDA in solution or covering particles at 1 or 2 µg/mL PDDA, respectively. Against S. aureus (107 CFU/mL) at 10 µg/mL PDDA, a similar result was obtained. The antimicrobial effect was dependent on the amount of positive charge on particles and independent on particle size. The hybrid films of PMMA/ QAC showed higher wettability than those of pure PMMA. PMMA/ DODAB and PMMA/ TPAB hybrid films, submerged in water, did not cause changes in surface tension at the air-water interface, indicating low diffusibility for both DODAB and TPAB in hybrid films. Films of PMMA/ CTAB, submerged in water, reduced the surface tension to about 60 mN/m, showing that CTAB could diffuse from the film to the air-water interface and change its surface tension. The antimicrobial effect of PMMA/ DODAB and PMMA/ CTAB hybrid films was clearly dependent on the QAC concentration used to prepare the films. Cell viability of 0% for P. aeruginosa and S. aureus (107 CFU/mL) occurred at 4 mM DODAB, or 2 and 0.2 mM CTAB, respectively. Films of PMMA/ TPAB showed no antimicrobial activity. With the emergence of microorganisms resistant to antibiotics, the novel hybrid antimicrobial nanomaterials may become important since they are inexpensive and easy to obtain.

L'objectif de cette thèse, la production et la caractérisation de nanovéhicules de morphologies différentes propres au traitement et au diagnostic par radio-isotopes, a conduit à une meilleure compréhension de la façon dont ces véhicules se forment. Les résultats ont permis de concevoir des méthodes de préparation novatrices qui permettent d'obtenir des échantillons de qualité supérieure à ce qui est actuellement l'état de l'art. Un nouveau procédé pour la préparation d'échantillons pour les essais de flexion de microscopie à force atomique a été développé. Cela a permis de mesurer le module d'élasticité de nanofils préparés avec des mélanges copolymère séquencé/homopolymère de composition variable. Enfin, les nanoparticules de morphologies sphérique et allongée ont été comparées dans des études in vivo réalisées avec des souris saines. Les résultats montrent que leur temps de circulation et leur biodistribution peuvent être modulés par leur taille et leur morphologie. / This thesis provides an overview of the formation, characterization and testing of micelles of different morphology for biological applications. One major aspect of this thesis is the understanding of the processes which lead to the formation of block copolymer micelles through the emulsion evaporation method. The results obtained made it possible to develop an innovative micelle formation technique which provides samples which are of superior quality to what the current state of the art. A new method has been developed for the preparation of samples for three point bending tests experiments performed by atomic force microscopy. This has made it possible to determine the elastic modulus of elongated micelles formed with various blends of homopolymers and copolymers. Finally, the behavior of spherical and elongated micelles was compared in vivo in healthy mice. The results have shown that the micelle size and morphology influences their biodistribution and circulation time.

Ce sujet s'inscrit dans le domaine de la vectorisation de médicaments et de la nanomédecine, un domaine en pleine expansion. Les nanovecteurs destinés à la santé doivent être stables, non-toxiques et furtifs vis-à-vis du système immunitaire pour pouvoir circuler librement dans le sang. C'est pourquoi il est nécessaire d'élaborer des polymères pouvant former des nanoparticules possédant un caractère furtif. Le poly(acide lactique) (PLA) est un polyester hydrophobe et biodégradable couramment utilisé pour former des nanoparticules (NPs) capables d'encapsuler des composés apolaires. Le poly(2-méthyl-2-oxazoline) (PMeOx) est un polymère hydrophile, biocompatible et non toxique. Il peut être synthétisé par polymérisation cationique par ouverture de cycle (CROP), ce qui permet la préparation de polymères avec un bon contrôle de la masse molaire et une faible polymolécularité. Différentes architectures de copolymères PMeOx-co-PLA (di-,triblocs ou greffés) ont été développées en couplant la CROP et la chimie « clic ». Des NPs sont obtenues par nanoprécipitation de ces copolymères et caractérisées par un large éventail de techniques expérimentales dont, notamment, la diffusion dynamique de la lumière, la cryo-microscopie électronique à transmission, et la diffusion de neutrons aux petits angles. Ces techniques complémentaires ont permis de mettre en évidence l'obtention de NPs possédant des structures internes variées, telles que des polymersomes, des nanoparticules cœur-couronne ou multicouches. L'évaluation de la furtivité a été menée par l'étude de l'adsorption d'une protéine modèle, l'albumine de sérum bovin (BSA), sur la surface des nanoparticules. Enfin l'encapsulation de l'α-tocophérol et de quantum dots a démontré les nombreuses possibilités d'application de ces nouvelles NPs / This subject falls within the fields of drug delivery and nanomedecine, a topic of growing interest over the last years. Nanosystems dedicated to health must be stable, non-toxic and stealthy in the immune system in order to move freely in the blood. For this purpose, the design of elaborate polymers that can form stealthy nanoparticles is required. Poly(lactic acid) (PLA) is a hydrophobic and biodegradable polyester usually used to form nanoparticles able to encapsulate apolar compounds. Poly(2-methyl-2-oxazoline) (PMeOx) is a hydrophilic, biocompatible and non toxic polymer. PMeOx can be synthesized via cationic ring opening polymerization (CROP), which allows the design of polymers with a good control of the molecular weights and a low dispersity. Thus, in this context, we have developed several strategies to design different architectures of amphiphilic PMeOx-co-PLA copolymers such as di-, triblock or graft copolymers. Such strategies relied on the combined use of CROP and « click »chemistry ». Nanoparticles were obtained by nanoprecipitation, and characterized by a wide range of experimental techniques including dynamic light scattering, cryogenic transmission electron microscopy and small angle neutron scattering. These complementary approaches evidenced that nanoparticles could be obtained with a large variety of internal structure, such as polymersomes, core-shell or multilayer nanoparticles. The evaluation of the stealthiness was performed by considering the adsorption behavior of a model protein, bovin serum albumine (BSA), on the surface of the nanoparticles. The encapsulation of α-tocopherol and quantum dots demonstrated the numerous applicative possibilities offered by these new NPs

Introduction Un fluide supercritique (SCF) est une substance dont la température et la pression sont à la fois au-dessus de leurs valeurs essentielles qui sont définies comme le point critique. Le point critique (Pc) désigne le point où les phases gaz, liquide et phase supercritique coexistent et il peut être observé expérimentalement par une opacité critique. Les propriétés des SCFs sont différentes de celles des liquides et des gaz ordinaires. Près de la densité critique, les SCFs affichent des propriétés qui sont dans une certaine mesure intermédiaire entre celles d'un liquide et un gaz. Parmi les fluides supercritiques, le scCO2 a certainement un excellent potentiel de développement pratique en raison de ses faibles conditions critiques (Tc = 31 °C, Pc = 74 bars), et en raison de la nature non-polaire et faible des forces de van der Waals impliquant le CO2. Les espèces hydrophiles (tels que des acides aminés, des protéines et de nombreux catalyseurs) sont souvent insolubles dans le scCO2. De toute évidence, il existe une limitation de l'application de dioxyde de carbone supercritique. Récemment, dans le but de remédier à cet inconvénient, une approche plus efficace consiste à utiliser des tensioactifs appropriés pour produire des micro-émulsions eau/CO2 ou micelles inverses. Consan et Smith ont testé la solubilité de plus de 130 agents tensioactifs disponibles dans le commerce dans le scCO2 à 50 °C et de 10 à 50 MPa. Tous sont très peu solubles ou seulement légèrement solubles dans le scCO2, de sorte qu'ils ne pouvaient pas être utilisés comme surfactants pour ce milieu. Toutefois, certains matériaux non polaires de bas poids moléculaire peuvent se dissoudre dans le scCO2, et sont utilisés avec succès pour divers procédés industriels tels que l'extraction par fluide supercritique, la chromatographie en fluide supercritique et en tant que milieu réactionnel. / Supercritical fluid is a substance whose temperature and pressure are both above their critical values which are defined as the critical point. Similarly to the triple point which defines the zero-variance point for the solid, gas and liquid states, the critical point (Pc) denotes the point where the gas, liquid and supercritical phases coexist and it can be experimentally observed through a critical opacity. Properties of SCFs are different from those of ordinary liquids and gases. Close to the critical density, SCFs display properties that are to some extent intermediate between those of a liquid and a gas. For example, a SCF may be relatively dense and dissolve certain solids while being miscible with permanent gases and exhibiting high diffusivity and low viscosity. In addition, SCFs are highly compressible and the density (and therefore solvent properties) can be "tuned" over a wide range by varying pressures and temperatures. Among supercritical fluids, scCO2 certainly has excellent potential for practical development not only because of its low critical conditions (Tc = 31 °C, Pc = 74 bar), but also due to some other factors such as: CO2 is non-toxic. Its threshold air concentration for working conditions is as high as 5000 ppm. By means of comparison, a daily exposition to 10 ppm of chloroform is considered hazardous. CO2 is non-flammable. This constitutes another very competitive advantage compared to halogenated solvents. Its high pressure vapour-superior to 60 bar-allows its complete removal from processed materials. Thus, CO2 is one of the two solvents fully approved by the Food and Drug Administration (FDA), along with water. CO2 has a low reactivity and is inert towards oxidation. It is also a non-transferring species for radicals. Heat and mass transfer are significantly enhanced in scCO2 due to its properties of low viscosity and densities. Its low surface tension allows wetting structured materials better than liquids usually do. However, besides the cost of high-pressure vessels, CO2 still has intrinsic physical disadvantages: A low cohesive energy density which confers a weak solvent strength to CO2. CO2 is a Lewis acid through its electron-deficient carbon. It thus reacts reversibly with strong Lewis bases such as primary and secondary amines. But this can be turned into an advantageous property for the capture of CO2 by amine-based solvents and surfactants, polymers and solvents that possess CO2-responsive moieties such as guanidines and amidines. CO2 is a poison for Ziegler-Natta and palladium-based catalysts due to the formation of CO. Due to the non-polar and weak Van der Waals forces of CO2, most lipophilic and hydrophilic species (such as amino acids, proteins and many catalysts) are often insoluble in scCO2. Obviously, it is a limitation for the application of supercritical carbon dioxide. Recently, in order to overcome this disadvantage, the most effective approach is to use suitable surfactants to produce water-in-CO2 microemulsions or reverse micelles. Consan and Smith tested the solubility of over 130 commercially available surfactants in scCO2 at 50 °C and 10-50 MPa. All of them were rarely soluble or only slightly soluble in scCO2, so they could not be employed as surfactants in scCO2.

In der vorliegenden Arbeit werden off-lattice Monte-Carlo-Simulationen von Systemen einfacher Tensidmodelle präsentiert. Die verwendeten Modellmoleküle bestehen aus einem hydrophilen Kopfsegment und zwei hydrophoben Kettensegmenten. Zwischen den Segmenten wurden square-well-Wechselwirkungen benutzt, um den Hydrophoben Effekt und andere Wechselwirkungen zu simulieren. Die Aggregation der Tensidmodelle wurde im Lösungsvolumen und an Feststoffoberflächen untersucht. In der Lösung wurden Kugelmicellen, Wurmmicellen, Bischichten und Vesikel beobachtet. Die Struktur der Aggregate wird bei der Adsorption an Feststoffoberflächen mit niedriger oder mittlerer Adsorptionsenergie nicht grundlegend verändert. An Oberflächen wurden in Abhängigkeit vom Verhältnis der Adsorptionsenergie zur Stärke des Hydrophoben Effektes verschiedene Strukturen der adsorbierten Schichten beobachtet. Eigenschaften der adsorbierten Aggregate wurden bei unterschiedlichen Oberflächenkonzentrationen ermittelt.

Ce travail a pour objet l'obtention et la caractérisation de nouveaux copolymères amphiphiles et d'hydrogels à hydrophilie contrôlée, à partir de polymères naturels, avec comme utilisations potentielles la vectorisation de principes actifs. En conséquence, il est donc nécessaire que les polymères utilisés pour l’obtention de ces architectures répondent à un certain nombre de contraintes, notamment être non-toxiques, biocompatibles et biodégradables. Pour ces raisons, on retient le plus souvent comme matériaux de départ des polymères naturels, en particulier les polysaccharides. Quelques polymères synthétiques répondent aussi à ces contraintes, telle que la polycaprolactone. Ainsi, le matériau de base utilisé dans ce travail est l'amidon sur lequel a été greffé soit la poly (ε-caprolactone), soit une chaîne grasse. La thèse est structurée en cinq chapitres consacrés d'une part au greffage de structures hydrophobes sur l'amidon et la formation d'hydrogels à hydrophobie modulable, d'autre part à la vectorisation de la lévofloxacine par ces composés. La première partie traite du greffage de la polycaprolactone sur l'amidon par "click chemistry" (CuAAC) entre l’amidon fonctionnalisé par des fonctions alcynes et des polycaprolactones à fonction azoture en bout de chaîne, ces dernières étant préalablement obtenues par POC de la caprolactone. Les réactions de CuAAC ont été effectuées non seulement selon les protocoles habituels, mais aussi par micro ondes. Par ailleurs, l'amidon a aussi été hydrophobisé par les méthodes usuelles d'estérification par une chaîne grasse via le chlorure de l’acide palmitoique. Les produits ainsi obtenus ont été caractérisés par RMN, IR, XPS et leur comportement dans différents solvants (solubilité, gonflement) a été étudié. Une seconde partie est consacrée à l'élaboration d'hydrogels à base d’amidon et d’amidon modifié avec des chaînes d’acides gras et de PCL par réticulation avec l’acide citrique. Afin d'atteindre les objectifs, une stratégie multifactorielle expérimentale avec deux variables indépendantes a été utilisée. La modélisation mathématique des données expérimentales permet de remonter aux paramètres physico-chimiques pertinents, montre les effets de synergie et établit les conditions d'optimisation. Une dernière partie a permis d'évaluer les cinétiques de libération de la lévofloxacine, un antibiotique de dernière génération, par les hydrogels obtenus. Les matériaux obtenus ont montré des propriétés de libération contrôlée potentiellement intéressantes. Les résultats obtenus au cours de cette thèse ont été évalués par la publication de trois articles et par dissémination des résultats au six conférences internationales. / This work is part of a current field that has grown steadily in recent years and aims to obtain and characterize amphiphilic polymers and hydrogels with controlled hydrophilicity, derived from natural polymers, with potential use as controlled drug delivery systems. Acting in contact with the body or inside it, it is necessary that the polymers used to obtain these architectures meet a number of constraints to be non-toxic, biocompatible and biodegradable. For these reasons, most of the time natural polymers are chosen, especially those from the class of polysaccharides, but there are also synthetic polymers that meet these requirements. Thus, the materials considered were: starch, poly (ε-caprolactone), palmitoyl chloride, citric acid, their by-products of degradation being non toxic. The thesis is divided into two parts, one theoretical and one experimental, and structured into five chapters, wherein: the first chapter is the theoretical and the others, the original, experimental part. In a first time, starch was hydrophobized by grafting poly-caprolactone using "click chemistry" (CuAAC) (using the traditional way and the one using the microwaves) between starch chains bearing alkyne side functions and polycaprolactone chains with azide chain end function, these latter being synthesized by ROP of caprolactone. Another way consists in the esterification with long fatty acid chains. Physico-chemical analysis, morphological and the behavior in different solutions have been made to obtain information about both the structure and the characteristics of the products. in a second part, hydrogels based on starch and modified starch with fatty acid chains or PCL and crosslinked with citric acid have been obtained. To achieve the objectives, a strategy with two experimental independent variables was used, the mathematical modeling of experimental data giving information on the existing phenomena, and showing the synergistic effects and at the same time establishing the conditions for optimization. After evaluation of the kinetics of controlled release of levofloxacin, an antibiotic, from the synthesized hydrogels, the materials based on modified starch have shown to present sustained release properties superior in terms of slowing release, a feature that recommends them successfully in the pharmaceutical and cosmetics applications. The results obtained in this thesis have been evaluated by the publication of three articles and dissemination of results at six international conferences.

Une nouvelle famille de dérivés amphiphiles du dextrane a été obtenue par réaction du dextrane avec le 1,2-époxydodécane en milieu basique. Deux voies de synthèse ont été étudiées. La première en milieu aqueux dispersé n’a permis d’obtenir que des taux de modification faibles (< 10 %) car l’homopolymérisation de l’époxyde est prépondérante. Au contraire, la réaction en milieu organique homogène a permis la synthèse de dérivés dont le taux de modification atteint 164 %. Des émulsions huile dans eau ont été préparées par sonication en présence de plusieurs dérivés hydrosolubles (τ ≤ 25 %). La fraction volumique d’huile (hexadécane ou nujol) est comprise entre 10 % et 50 %. La taille des gouttelettes augmente avec la fraction volumique d’huile mais ne dépend pas du taux de modification du dextrane entre 10 et 25 %. Ces émulsions ont un comportement de gel d’autant plus marqué que la fraction volumique d’huile dispersée augmente. Des émulsions inverses eau : chloroforme, stables pendant au moins 2 mois, ont été obtenues par sonication en présence de dérivés organosolubles (τ = 164 %). Le processus dynamique d’émulsification sous cisaillement a été étudié pour des émulsions directes (hexadécane / eau) dont la fraction volumique d’huile était comprise entre 10 et 60 % et pour différents gradients de vitesse. Un suivi continu in situ de la viscosité des émulsions et du rayon des gouttes formées montre que le temps caractéristique d’émulsification dépend du gradient de vitesse et du rapport des viscosités mais pas de la fraction volumique d’huile dispersée. Dans le cas d’un système newtonien, la viscosité finale et la taille finale des gouttes dépendent du gradient de vitesse appliqué alors qu’elles sont invariantes dans le cas du système non newtonien sur tout l’intervalle exploré / A new family of amphiphilic dextran derivatives was obtained by reaction of 1,2-epoxydodecane on dextran in basic medium. Two reaction procedures were examined. The first one was carried out in biphasic medium but produced only low degrees of hydrophobic substitution. Epoxide homopolymerization was indeed predominant. On the contrary, the reaction in a homogeneous organic medium allowed the synthesis of dextran derivatives with substitution degrees as high as 164 %. Oil-in-water emulsions were prepared by sonication in the presence of different hydrosoluble derivatives (τ ≤ 25 %). Oil volume fraction (hexadecane or nujol) ranged from 10 % to 50 %. The size of the emulsion droplets increased with the oil volume fraction but did not depend on the substitution degree of modified dextran between 10 and 25 %. These emulsions behave like a gel which strengthened with the oil volume fraction. Water-in-oil emulsions (water in chloroform) were obtained by sonication in the presence of organosoluble derivatives (τ = 164 %). They were stable over at least two months.Furthermore, dynamic emulsification process under shear flow was investigated for oil-in-water emulsions (hexadecane in water). The volume fraction of oil ranged from 10 % to 60 % and various shear rates were applied. Simultaneous in situ measurements of viscosity of emulsions and droplet size were performed. The characteristic time of emulsification depended on shear rate and viscosity ratio but was independent of the oil volume. For the newtonian system, final shear stress and final droplet size depended on the applied shear rate while they were invariant in the non newtonian system

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C. / Amphiphilic polymers are very useful in biomedical and pharmaceutical applications. To improve the biocompatibility of such polymers, we chose to use natural compounds such as bile acids as the starting material in the synthesis of the polymers. New anionic polymers have been prepared by atom transfer radical polymerization. Poly(acrylic acid) arms of various lengths have been grafted onto a bile acid core. The molecular architecture has been confirmed by 1H NMR spectroscopy and by mass spectrometry. The star polymers obtained from modified bile acid can aggregate in water, even though the hydroxyl groups were replaced by bulkier chains. The ester linkages between the polymers and the bile acid core are prone to hydrolysis in aqueous solutions. In order to improve the stability of the polymers in aqueous solutions and to introduce neutral and biocompatible hydrophilic arms, ethylene oxide has been polymerized onto a cholic acid core by anionic polymerization. The ether linkages formed between the hydroxyl groups of the bile acid and the poly(ethylene glycol) are more stable than the ester linkages formed with the poly(acrylic acid) polymers. The reaction conditions for the anionic polymerization have been optimized and provided well-defined polymers with narrow molecular weight distributions. The new polymers formed spherical aggregates as shown by transmission electron microscopy with samples prepared by the freeze-fracture technique. Their morphology is different from those of the cylindrical aggregates formed by bile salts. With the optimized method for anionic polymerization, allyl glycidyl ether was grafted onto a derivative of cholic acid, followed by thiolation, a radical addition, of the allyl groups to introduce amine or carboxylic acid groups to the polymer chains. This radical addition had an efficiency of more than 90%. The resulting polymers were water-soluble and were found to aggregate above a certain critical concentration. It is particularly interesting to observe thermosensitivity of the star polymers bearing amine groups. The thermosensitivity of such polymers can be further tuned by partial acetylation of the amine groups, yielding polymers with cloud points in the temperature range from 15 to 48°C.

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

Ce travail de thèse décrit la synthèse de copolymères diblocs amphiphiles par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d'iode en mode inverse (RITP). Dans un premier temps, des homopolymères à base de monomères activés (styrène, acrylate de méthyle, méthacrylate de méthyle), non activés (acétate de vinyle) et fonctionnels (chlorométhylstyrène, acrylate de tert-butyle), ont été synthétisés par RITP. Des aspects tels que le contrôle des masses molaires ainsi que la fonctionnalité en iode du bout de chaîne ont été examinés. Afin de démontrer la compatibilité de la RITP avec d'autres techniques de polymérisation contrôlée/vivante (non radicalaires), le copolymère amphiphile non-ionique poly(styrène)-b-poly(2-méthyl-2-oxazoline) (PS-b-P(MOx)) a été élaboré par la voie toute iode en procédé « one-pot » en combinant de manière consécutive la RITP du styrène avec la polymérisation cationique par ouverture de cycle (CROP) de la 2-méthyl-2-oxazoline. Par ailleurs, des copolymères cationiques poly(styrène)-b-poly(chlorométhylstyrène) quaternisé avec la triéthylamine (PS-b-PCMS+) et anioniques poly(styrène)-b-poly(acide acrylique) (PS-b-PAA-) ont été synthétisés par RITP du styrène suivie de l'ITP du bloc hydrophile. Tous ces copolymères amphiphiles ont été obtenus à partir de polystyrène iodé (PS-I) de faibles masses molaires, allant de 1000 à 3000 g.mol-1, jouant le rôle de macro-amorceurs (CROP) ou de macro-agents de transfert (ITP). L'étude de l'auto-organisation en phase aqueuse de ces copolymères amphiphiles a révélé la formation de micelles pour des concentrations supérieures à la concentration d'agrégation critique (CAC) dont la valeur a été déterminée par diffusion dynamique de la lumière (DDL) et spectroscopie de fluorescence. Enfin, des résultats très prometteurs ont été obtenus dans l'utilisation d'un copolymère cationique amphiphile PS-b-PCMS+ comme agents structurants de matériaux siliciques mésoporeux nanostructurés élaborés par procédé sol-gel en milieu basique. La synthèse de ces copolymères amphiphiles ainsi que leur caractérisation physico-chimique ont mis en exergue que la RITP permet de couvrir la synthèse de différentes catégories de copolymères amphiphiles, tout en étant une technique simple à mettre en œuvre, peu couteuse et robuste. / This manuscript describes the synthesis of amphiphilic diblock copolymers by reverse iodine transfer polymerization (RITP). Firstly, homopolymers derived from activated (styrene, methyl acrylate, methyl methacrylate), non-activated (vinyl acetate) and functional monomers (chloromethylstyrene, tert-butyl acrylate) synthesized by RITP, were studied. Aspects including molecular weight control as well as iodine chain-end functionality were investigated. In order to highlight the compatibility of RITP with other living/controlled (non-radical) polymerization techniques, a poly(styrene)-b-poly(2-methyl-2-oxazoline) (PS-b-P(MOx)) non-ionic copolymer was conceived through an ‘all-iodine', ‘one-pot' process by combining successively RITP of styrene with cationic ring-opening polymerization (CROP) of 2-methyl-2-oxazoline. Besides, poly(styrene)-b-poly(chloromethylstyrene) quaternized with triethylamine (PS-b-PCMS+) cationic copolymers and poly(styrene)-b-poly(acrylic acid) (PS-b-PAA-) anionic copolymers were elaborated by RITP of styrene, followed by ITP of the hydrophilic moiety. All these amphiphilic copolymers were obtained from iodine-bearing chain-end poly(styrene) (PS-I) of low molecular weights, in the range of values of 1000 to 3000 g.mol-1, playing the role of macro-initiators (CROP) or macro-transfer agents (ITP). Studies of the self-assembly of these amphiphilic copolymers in aqueous phases revealed the formation of micelles for concentrations superior to the critical aggregation concentration (CAC). The latter value was determined by dynamic light scattering (DLS) and fluorescence spectroscopy. Moreover, highly-promising results were obtained in the use of PS-b-PCMS+ cationic copolymers as structuring agents meant for the elaboration of nanostructured, mesoporous silica-based materials through the sol-gel process in basic medium. Both the synthesis of the amphiphilic copolymers and their physico-chemical characterizations have evidenced that RITP fosters the synthesis of different categories of amphiphilic copolymers, while being a simple, cheap and robust technique.