Nous montrons comment des dimères de nanoparticules d'or, assemblés sur un brin d'ADN unique présentant un site de reconnaissance spécifique, fournissent une réponse optique macroscopique dépendant de leur environnement chimiqueLa séparation électrophorétique nous permet de préparer des suspensions purifiées de dimères de nanoparticules d'or de diamètre allant de 8 à 60 nm, et possédant différentes chimies de surface, avec une pureté pouvant atteindre 90%. L'échafaudage d'ADN contient une structure tige-boucle permettant de modifier réversiblement la structure du dimère en présence d'un brin d'ADN cible. Les distances interparticules (D), estimées en TEM cryogénique, peuvent varier de façon réversible jusqu'à un facteur 3 pour des sphères d'or de 8 nm de diamètre.Afin de traduire le changement conformationnel de l'échafaudage d'ADN en un signal optique mesurable, nous mesurons les spectres de diffusion de dimères uniques de nanoparticules d'or de 40 ou 60 nm de diamètre, en chambre microfluidique.Nous avons pu, en augmentant la concentration saline locale, diminuer progressivement D à l'échelle nanométrique, de 20 à 1 nm, ce qui se traduit par un décalage spectral de la résonance vers le rouge. La bonne corrélation entre les réponses spectrales de dimères uniques, estimées avec un spectromètre ou une caméra CCD couleur, nous permet de démontrer une méthode de détection en champ large et à bas coût, de la déformation nanométrique de ces nanostructures. L'utilisation de ligands amphiphiles nous a permis d'optimiser la stabilité colloïdale des dimères de particules d'or pour minimiser leur sensibilité à la force ionique locale et aux changements de température. / We demonstrate how gold nanoparticle dimers assembled around a single DNA template exhibiting a specific recognition site, provide a macroscopic optical signal depending on their chemical environment. Electrophoresis enables us to produce purified suspensions of gold nanoparticle dimers, with particle diameters ranging from 8 to 60 nm, with different surface chemistries and sample purities as high as 90%. The DNA template features a hairpin loop in order to switch its shape reversibly when binding a target DNA strand. Interparticle distances are estimated using cryo-electron microscopy and indicate a reversible change of the surface-to-surface distance by a factor of 3 in the case of 8 nm diameter gold particles. In order to translate the dynamic switching of a single DNA scaffold in a measurable optical signal, we study the scattering cross-sections of single 40 nm or 60 nm diameter gold nanoparticle dimers, in microfluidic conditions. We are able to progressively decrease the interparticle distance, at the nanometer scale, by increasing the local salt concentration. This deformation results in a spectral shift of the resonance (up to 100 nm) corresponding to a decrease of the interparticle distance from 20 to 1 nm. Moreover, the good correlation between the spectral responses of individual dimers, estimated using a spectrometer or a CCD color camera, enables us to demonstrate a wide-field low-cost detection method of the nanometric deformation of these nanostructures. Using amphiphilic ligands enables us to optimize the colloidal stability of gold nanoparticle dimers in order to minimize their sensitivity to the local ionic strength and temperature changes.

La riboflavine (RF) est une vitamine essentielle pour la croissance et le développement cellulaire. Elle possède des propriétés physico-chimiques intéressantes et est internalisée dans les cellules par des transporteurs spécifiques. Le premier objectif de ce projet était de synthétiser des dérivés amphiphiles de la RF (RFA) et d'étudier leurs capacités d'auto-assemblages. Le second objectif était d'insérer les RFA dans des liposomes et d'évaluer leur efficacité de ciblage tumoral in vitro et in vivo. La préparation des différents RFA repose sur l'ajout d'un lipide en différentes positions de la RF. L’un d'eux, de type phospholipide (RfdiC14) a été capable de former des objets tridimensionnels de taille μm constitués de lamelles multicouches dont l’architecture et la dynamique sont très différentes de celles des phospholipides classiques. L’insertion de RfdiC14 dans des liposomes est efficace et n’influence pas leurs propriétés physico-chimiques. Les liposomes fonctionnalisés ont montré une internalisation cellulaire spécifique dans les lignées A431, PC3 et HUVECs. Afin de tester l’efficacité du ciblage tumoral in vivo, un analogue de RfdiC14 portant un espaceur PEG a été préparé puis inséré dans des liposomes péguylés. Grâce à un marquage adéquat (ICG et DiR), leur accumulation tumorale a été suivie par imagerie photoacoustique dans un modèle A431 et leur biodistribution évaluée par imagerie μCT/FMT dans un modèle PC3. Les résultats montrent une légère amélioration de l’accumulation tumorale dans les xénogreffes A431 et une augmentation du ciblage vasculaire dans le modèle tumoral PC3. La biodistribution globale des liposomes marqués est comparable à celle des contrôles. / Riboflavin (RF) is an essential vitamin for cell growth and development. It possesses interesting physicochemical properties and is internalized by the cells through specific transporters. The first aim of this study was to prepare amphiphile derivatives of RF (RFA) and study their auto-assembly. The second aim was to insert RFA into established drug delivery systems and test their tumour-targeting potential in vitro and in vivo. RFA were prepared by the molecule functionalization with lipid moieties in different positions. One of them, a phospholipid-like derivative (RfdiC14) was able to self-assembly in aqueous solutions into μm-sized 3D objects constituted from slightly curved multilayer lamellas. The bilayer architecture and dynamics were very different from ordinary phospholipids. In contrast, the insertion of small amount of RfdiC14 in a liposome did not influence membrane dynamics and physicochemical characteristics. RfdiC14-functionalised liposomes displayed high and specific uptake in vitro in A431, PC3 cells and HUVECs. The efficiency of RF targeting was also tested in vivo. For that purpose, liposome composition was optimized and a new RF amphiphile with a PEG spacer between RF and lipid was prepared. The tumour accumulation of the liposomes labelled with ICG was studied by photoacoustic imaging in A431 tumour model. The biodistribution of DiR labelled liposomes was accessed by combined μCT/FMT imaging in PC3 tumour model. The results show slight improvement of the tumour accumulation in A431 xenographts and the enhancement of vascular targeting in PC3 tumour model. The overall biodistribution of the RF-targeted liposomes was comparable to control.

L’auto-assemblage de particules virales est un sujet de recherche qui suscite beaucoup d’intérêt dans le cadre de la physique de la matière molle, les mécanismes physiques d’auto-assemblage étant encore très mal compris. En particulier, le chemin cinétique à partir duquel les protéines virales interagissent avec le génome pour former des structures symétriques et monodisperses que sont les virus ne sont pas entièrement résolus. Dans une première partie de cette thèse, nous utilisons la technique de diffusion des rayons X aux petits angles résolue en temps (Time-Resolved Small-Angle X-Ray Scattering, TR-SAXS en anglais) pour observer les cinétiques d’auto-assemblage et de désassemblage de capsides vides formées à partir des protéines du virus de la marbrure chlorotique de la cornille (CCMV en anglais). Des modèles de cinétique chimique couplés à des concepts théorique de diffusion aux petits angles sont conçus pour extraire les intermédiaires de réaction, leur structure et leur temps de vie caractéristique. L’encapsulation d’ARN simple brin avec les protéines virales du CCMV est également étudiée dans cette thèse. A un pH neutre où les protéines ne s’assemblent pas spontanément pour former des capsides vides, des images de microscopie électronique montrent qu’il y a une population de complexes nucléoprotéiques désordonnés qui coexistent avec des capsides virales bien formées. De plus, les données de cinétique de TR-SAXS suggèrent que l’assemblage protéine-acide nucléique subit une réorganisation structurale dans laquelle les protéines rendent le complexe nucléoprotéique plus compact lorsqu’elles s’attachent à l’ARN. En milieu acide, les objets sont plus ordonnés, comme le suggère les images de microscopie électronique. Ces observations suggèrent que l’encapsulation d’ARN et la formation de virus avec leur haut degré de symétrie est probablement un assemblage à deux étapes, la première étant la formation du complexe nucléoprotéique et la deuxième l’acidification du milieu. / Viral assembly is an intriguing topic of biophysics that can be studied using concepts of soft matter physics. Although huge efforts have been made to synthesize hybrid or non-hybrid supramolecular assemblies with viral proteins, the fundamental mechanisms of self-assembly are yet poorly understood. In particular, the kinetic pathway in which the proteins interact with the genome to form highly symmetrical monodisperse architectures are not completely solved.In the first part of this thesis, the Time-Resolved Small-Angle X-Ray Scattering (TR-SAXS) technique is used to probe the kinetics of both self-assembly and disassembly of empty capsids built up from the proteins of the Cowpea Chlorotic Mottle Virus (CCMV). Chemical kinetics models coupled with concepts of SAXS theory are devised in order to extract information about the nature of the reaction intermediates, their structure and their typical lifetime. The encapsulation of ssRNA with CCMV capsid proteins is also examined in this thesis. At neutral pH where the capsid proteins do not spontaneously assemble in vitro into empty spherical capsids, electron microscopy images show that there is a non-negligible population of disordered nucleoprotein complexes that coexist with well-formed spherical viruses. Additionally, TR-SAXS kinetic data suggest that the protein-nucleic acid assembly undergoes a structural reorganization in which the capsid proteins make the nucleoprotein complexes more compact as they simultaneously bind the RNA. Upon acidification, the particles are well-formed viruses as suggested by electron microscopy images. These findings suggest that the encapsulation of RNA into well-formed viruses is likely a two-step assembly with a binding step and an acidification step.

Dans le domaine des systèmes d’administration de principes actifs, les nanovecteurs formés par auto-association en milieu aqueux de polymères biocompatibles amphiphiles sont apparus comme l’un des systèmes transporteurs de principes actifs (PA) hydrophobes les plus prometteurs. Ces systèmes offrent plusieurs avantages tels qu'une meilleure solubilité du PA hydrophobe dans l'eau, une diminution des effets secondaires et une amélioration de la libération dans les tissus tumoraux grâce à l’effet de perméabilité et de rétention tissulaire (effet EPR). À cet égard, les nanogels sensibles aux stimuli sont des plateformes attrayantes pour l'administration de médicaments en raison de leur capacité à modifier leurs propriétés physiques et/ou chimiques en réponse à un stimulus externe tel que la lumière, l’application d’un champ magnétique, une variation de pH ou de température. Les polymères thermosensibles sont particulièrement intéressants en raison de leur capacité à subir une transition de phase réversible sans avoir besoin de réactifs supplémentaires. Dans ce contexte, nous avons développé et étudié une nouvelle classe de nanogels thermosensibles, biocompatibles et biodégradables à base de glycoaminoglycanes (GAGs) en modifiant le squelette polysaccharidique avec un copolymère thermoresensible de méthacrylate de di(éthylène glycol) et de n-butylméthacrylate. Celui-ci a été conçu pour obtenir des nanogels stables à température ambiante. La voie de synthèse polyvalente a également permis la réticulation de la couronne afin de figer leur structure. Le choix des GAGs, composant la couronne hydrophile peut être exploité pour contrôler leur comportement biologique. Dans l’objectif d’utiliser ces systèmes en tant que plate-forme polyvalente pour la délivrance de principes actifs et d’autres molécules d'intérêt, nous avons étudié la possibilité d’incorporer des nanoparticules d'oxyde de fer pour des applications de guidage magnétique, d’imagerie et de traitement par hyperthermie. Les synthèses du composant magnétique ainsi que la conception du nanovecteur sont des étapes clés pour réaliser un système de délivrance magnétique capable de réaliser un ciblage efficace. / In the field of drug delivery systems, polymeric nanogels obtained by the self-assembly of biocompatible amphiphilic polymers in water have emerged as one of the most promising nanocarriers for various hydrophobic drugs. These systems offer several advantages such as enhanced hydrophobic drug solubility in water, decreased side effects, and improved drug delivery to tumor tissues via the enhanced permeability and retention (EPR) effect. In this regard, stimuli-responsive polymeric nanogels are attractive platforms for drug delivery due to their ability to change their physical and/or chemical properties in response to an external stimulus such as light, magnetic field, pH or temperature. Thermoresponsive polymers are particularly interesting due to their ability to undergo a reversible thermally-induced phase transition without the need of additional reagents. In this context, our aim was to engineer and to study a new class of thermoresponsive, biocompatible and biodegradable nanogels based on glycoaminoglycans (GAGs) through the modification of the polysaccharide backbone with a thermoresponsive copolymer of di(ethylene glycol) methacrylate (DEGMA) and n-butylmethacrylate (BMA)). The latter was properly designed to obtain stable nanogels at room temperature. The versatile synthetic route to nanogels also allowed their further shell-crosslinking to capture the nanogel structure at low temperature. The choice of the GAGs forming the hydrophilic shell can be exploited to control their biological behavior. In order to use these systems as a versatile platform for delivery of active ingredients and other molecules of interest, we investigated the possibility of incorporating iron oxide nanoparticles for magnetic guidance, imaging and hyperthermia treatment. The syntheses of the magnetic component as well as the design of the nanocarrier are key steps to achieve a magnetically-responsive nanodelivery system capable of efficient targeting.

Dans cette thèse, la formation de monocouches auto-assemblées de différentes molécules de chalcogénure et de molécules p-conjuguées planaire et leurs caractéristiques structurelles et électroniques ont été systématiquement étudiées principalement par spectroscopie photoélectronique à rayons X effectuée utilisant la lumière synchrotron, microscopie à effet tunnel à balayage et diffraction d'électrons à faible énergie. Une étude de la formation de structures hybrides organiques-inorganiques auto-assemblées a été réalisée par assemblage couche par couche d'un dithiol sur ZnO (0001) avec dépôt de métal intermédiaire. De plus en complément de l'étude des molécules comportant un atome de chalcogènure, les caractéristiques d'adsorption du sélénium et du soufre ont été étudiées. La spectroscopie XPS à haute résolution et la spectroscopie de structure fine d’absorption au seuil d’excitation (NEXAFS) ont permis d'étudier les caractéristiques des monocouches auto-assemblées du sélénure de benzène et du sélénophène sur Cu (100) et dihexyldiselénure sur Ni (111) et Pd (111) et ont montré en particulier l’existence de processus de rupture de liaison Se-C ainsi que l’existence de différents sites d'adsorption de molécules. Ces conclusions ont été soutenues par l'étude de l'adsorption atomique du sélénium, qui montre également l'existence de différents sites d'adsorption pour le Se atomique avec différents environnements chimiques. Ces conclusions sont principalement basées sur une étude XPS haute résolution des spectres caractéristiques Se3d, Se3p, du spectre de bande de valence et de l'imagerie LEED. La formation de monocouche de 5,5-bis (mercaptéthyl) -2,20-bipyridine (BPD) avec terminaison SH libre sur ZnO(0001) a été démontrée, permettant le greffage ultérieur d'Ag et Ni et de l’ assemblage d’une autre couche de BPD sur cette couche de métal-dithiol. Les changements dans les propriétés électroniques ont été déterminés à partir des spectres de la bande de valence. La molécule π-conjuguée, NTCDA, a été déposée sur différentes surfaces métalliques et sa morphologie structurelle et ses propriétés chimiques par rapport à la surface métallique ont été étudiées. Les molécules NTCDA affichent une structure « couchée » avec deux domaines différents sur Ag (110) et Cu (100) mais trois domaines sur la surface de Cu (111). Par rapport à celui sur la surface inerte de Au, une forte interaction entre les molécules et les substrats de Cu, Ag existe et joue un rôle important dans la détermination de l'orientation et de l'état de liaison des films organiques. / In this thesis, the formation of self-assembled monolayers of different chalcogenide molecules and planer π-conjugated molecules and their electronic and structural characteristics were systematically studied mainly by synchrotron based X-ray photoelectron spectroscopy, scanning tunneling microscopy and low energy electron diffraction. A study of formation of hybrid organic-inorganic self assembled structure was performed by layer by layer assembly of a dithiol on ZnO(0001) with intermediate metal deposition. Additionally as a complement to the study of chalcogen head group molecules the adsorption characteristics of selenium and sulfur were investigated. The high resolution XPS and near edge absorption fine structure spectroscopy allowed to investigate the characteristics of self-assembled monolayers of benzene selenide and selenophene on Cu (100), and dihexyldiselenide on Ni(111) and Pd(111) and showed in particular the existence of Se-C bond breaking processes and existence of different adsorption sites of molecules. These conclusions were supported by the study of atomic selenium adsorption, which also shows existence different adsorption sites for the atomic Se with different chemical environments. These conclusions are mainly based on high resolution XPS study of characteristic Se3d, Se3p spectra, valance band spectrum and LEED imaging. The formation of a 5,5- bis (mercaptomethyl)-2,20- bipyridine (BPD) with SH termination on ZnO(0001) was demonstrated allowing subsequent grafting of Ag and Ni and further assembly of BPD on this metal-dithiol layer. The changes in electronic properties were determined from valence band spectra. The large π-conjugated molecule, NTCDA, was deposited on different metal surfaces and its structure morphology and chemical properties with respect to the metal surface was investigated. The NTCDA molecules displays a lying down structure with two different domains on Ag (110) and Cu(100) but three domain on Cu(111) surface. Compared with the one on the inert Au surface, a strong interface interaction between the molecules and Cu, Ag substrates plays an important role in determining the orientation and bonding state of the organic films.

Au cours de ce travail, nous avons abordé la synthèse biomimétique sous des angles variés. Une déclinaison des approches bio-inspirées a en effet permis de réaliser plusieurs synthèses totales d'alcaloïdes polycycliques complexes. La biogenèse des substances naturelles considérées est placée au centre de la démarche. Au départ, pour définir la stratégie de synthèse puis, en conclusion, lorsque les synthèses réalisées mènent a des hypothèses biosynthétiques plus abouties.Le squelette des drimentines, alcaloïdes hybrides possédant une partie sesquiterpénique, a été obtenu grâce à une séquence de désaromatisation-cyclisation qui mime l'étape-clé de la biogenèse de ces métabolites spécialisés.Une stratégie d'auto-assemblage par dimérisation a été adoptée afin d'étudier les liens synthétiques et biosynthétiques qui unissent les alcaloïdes marins de la famille des aplysinopsines. Au cours de cette étude, les premières synthèses totales du dictazole B et du tubastrindole B ont été réalisées. De plus, l'obtention d'analogues proches des substances décrites et d'un intermédiaire biogénétique supposé a permis de développer une hypothèse de biogenèse se fondant sur la spontanéité et les réactivités chimiques observés au cours de l'étude. L'application de la catalyse à l'ADN à ces travaux a également conduit à des résultats prometteurs.Enfin, une méthode bio-informatique récente appelée "molecular networking" peut être mise à profit afin d'exploiter la diversité de mélanges synthétiques complexes générés par la mise en présence de quelques précurseurs simples. La démarche s'applique à des mélanges connus dans lesquels la nitraramine ou la nitrarine se forment ainsi qu'à des mélanges inédits pouvant conduire, par exemple, au myrifabral A.Ces études montrent encore une fois que la synthèse biomimétique est un outil puissant pour la synthèse totale de substances naturelles polycycliques complexes et ce de bien des manières. On peut retenir que ces stratégies permettent d'accéder à des cibles extrêmement complexes avec simplicité, sobriété et élégance. / This work features various approaches of biomimetic organic syntheses. Biosynthetic considerations have been placed at the center of our analysis in order to define the synthetic plans and later to propose biosynthetic hypotheses.First, the skeleton of drimentines, hybrid alkaloids containing a sesquiterpenic unit, has been obtained by mimicking the main event of their postulated biosynthesis.In a wider study, the marine alkaloid family of the aplysinopsins has been treated with two total syntheses, of dictazole B and tubastrindole B, as well as a full bio-relevant aplysinopsins’ cascade and the application of DNA catalysis principles to the series.Finally, novel dereplication techniques relying on "molecular networking are currently tested on complex synthetic mixtures to merge one step total syntheses and diversity oriented synthesis.

La thèse présentée porte sur l’élaboration de nanoparticules polymères fonctionnalisées par le ligand SCH546738 afin de cibler le récepteur CXCR3 surexprimé sur les cellules cancéreuses. La synthèse des copolymères à blocs Poly(triméthylène carbonate)-b-Poly(éthylène glycol) (PTMCb- PEG) et PTMC-b-PEG-SCH546738, puis leurs auto-assemblages dans l’eau avec des pourcentages différents de l’un par rapport à l’autre et enfin l’activité biologique de ces nanoparticules in vitro ont été réalisés. Une série de PTMC-b-PEG de fraction hydrophile massique f différentes (entre 34 et 6%) ont été obtenus par polymérisation par ouverture de cycle (ROP) du monomère triméthylène carbonate (TMC) amorcée par un PEG (MW= 2000 g/mol). Les études d’auto-assemblage ont montré que la fraction hydrophile était liée à la morphologie des objets obtenus (micelles et vésicules) et que la taille et la morphologie pouvaient être modulées en fonction du protocole utilisé. Des PTMC-b-PEG-SCH546738 ont été obtenus par couplage convergent entre le PEG-SCH546738 et le bloc PTMC. Le co auto-assemblage entre les copolymères fonctionnalisés et non fonctionnalisés a été réalisé par nanoprécipitation contrôlée par un système de microfluidique qui permet d’obtenir des polymersomes monodisperses de tailles contrôlées. Le pourcentage molaire de SCH546738 en surface des polymersomes a été fixé à 5, 10 et 20 % et à l’aide d’une nanoparticule contrôle ces échantillons ont pu être testés in vitro sur cellules HEK 293 et U87 surexprimant le CXCR3-A. L’influence du ligand et son pourcentage sur l’internalisation des nanoparticules à différents temps et sur le blocage des voies de signalisation des cellules cancéreuses ont été observés. / This thesis deals with the elaboration of polymeric nanoparticles functionalized by the ligand SCH546738 to target the CXCR3 receptor overexpressed in human healthy or tumoral cells. Poly(trimethylene carbonate-b-Poly(ethylene glycol) (PTMC-b-PEG) blocks copolymers and PTMC-b-PEG-SCH546738 synthesis, then their self-assembly with different ratios in water, and finally biological activity in vitro of these different nanoparticles were studied. A serie of PTMC-b-PEG with different hydrophilic mass fractions f (between 34 and 6%) were obtained by ring opening polymerization (ROP) of trimethylene carbonate (TMC) initiated by a block PEG (MW: 2000 g/mol). Self-assembly studies showed that the hydrophilic mass fraction was related to the morphology of the nano objects (micelles and vesicles) and that size and morphology of nano objects can be changed by the self-assembly protocol. PTMC-b-PEG-SCH546738 were obtained by the convergent coupling between PEG-SCH546738 and PTMC block. The co self-assembly of functionalized and not functionalized copolymers was done by nanoprecipitation controlled by a microfluidic system that allows monodisperse polymersomes with controlled size to be produced. The molar percentage of SCH546738 at the surface of polymersomes was fixed at 5, 10 and 20 %, and with the control nanoparticle, these samples were tested in vitro on HEK 293 and U87 cells overexpressing the CXCR3-A. The influence of the ligand and its percentage on nanoparticles internalization and signaling pathways blocking on cells were analyzed.

La détection de petites molécules contribue au développement de nombreux domaines tels que la sécurité alimentaire, la sécurité intérieure, le diagnostic, le contrôle de l'environnement, etc. Cependant, la petite taille de ces cibles et leur faible concentration rendent difficile leur détection. Pour pallier à cela, des biocapteurs avec des sondes appropriées et des stratégies d'amplification du signal sont nécessaires. Parmi les éléments de reconnaissance couramment utilisés, les aptamères présentent l'avantage d'une synthèse aisée et de grandes possibilités de modification, ainsi qu'une dénaturation réversible à haute température et une tolérance élevée à la concentration en sel et au pH dans le milieu de travail. Plus important encore, la petite taille des aptamères en fait un choix idéal pour créer des structures adaptées pour la détection de petites cibles. La possibilité de couper la séquence de l'aptamère a fourni d'autres approches d’amplification de signal. Il existe deux catégories de méthodes de détection basées sur des aptamères : analyse hétérogène lorsque l'aptamère est immobilisé sur la surface ou analyse homogène lorsque le test est réalisé en solution. Nous proposons dans cette thèse une approche appliquable aux deux stratégies. L'adénosine a été utilisée comme une cible modèle pour cette preuve de concept. La détection de l'adénosine a été obtenue en combinant l'auto-assemblage de dimères d'oligonucléotides avec des extrémités pendantes correspondantes à l'aptamère coupé. Nous avons construit des structures auto-assemblées d'ADN (de 1D à 3D) avec l'adénosine comme déclencheur d'un changement structurel. La première méthode décrite dans ce travail consiste à utiliser de telles structures d'ADN combinées à l'imagerie par Résonance de Plasmons de Surface (SPRi). La SPRi est une méthode sensible à la variation d'indice optique produite par l'interaction entre les sondes immobilisées sur le prisme de l'or et la cible dans la solution. En présence d'adénosine, la structure d'ADN s'auto-assemble sur la surface de l'or et un signal a été créé. La limite de détection de l'adénosine atteinte par cette méthode est de 10 μM. La deuxième homogène méthode consiste à analyser les variations d'absorbance UV de la solution contenant les structures d'ADN puisque l'absorbance UV de l'ADN monocaténaire et du duplex ADN hybride est différente. En raison de cet effet, la température de fusion des brins d'ADN peut être déterminée par la dérivée de l'absorbance UV mesurée. Les structures d'ADN combinant les extrémités pendantes de l'aptamère coupé couplés à des oligonucléotides complémentaires présentent deux températures de fusion caractéristique de la dissociation de chaque partie. L'une correspond à l'oligonucléotide hybridé et l'autre à l'aptamère coupé liant l'adénosine. En présence d'adénosine dans la solution, la stabilité de la structure augmente et le pic de fusion de l'aptamère coupé est décalé à une température plus élevée tandis que le second pic de fusion reste identique et peut servir de référence interne. La limite de détection atteinte pour cette méthode est de 1 μM. Les structures d'ADN que nous avons proposées s'auto-assemblent de manière linéaire ou bi- ou tri-dimensionnelle : la structure 1D est une chaîne d'ADN formée par un enchainement de dimères connectés par des extrémités formées de l'aptamère scindé; La structure en 2D est une structure en forme de Y formée par un ADN simple brin avec une extrémité aptamère scindé sur chaque branche du "Y"; La structure 3D est un tétraèdre formé par quatre simple brins d'ADN avec des extrémités aptamère scindé sur les quatre sommets. En présence d'adénosine, les structures 2D et 3D peuvent s'auto-assembler et ainsi former un réseau avec les extrémités pendantes. La structure 1D a été mûrement développée pour les deux méthodes, les structures 2D et 3D ont été prouvées efficaces pour la détection, mais nécessitent encore plus d'efforts pour permettre une détection optimisée. / The detection of small molecules contributes to the development of many fields such as food safety, homeland security, diagnose, environment control, etc. However, their small size and low concentration are the usual cause of limitations in their detection. In order to improve the detection, biosensors with appropriate probes and signal amplification strategies are required. Amongst the commonly used recognition elements, aptamer has the advantage of easier mass production and modification, reversible denaturation at high temperature and high tolerance of salt concentration and pH in the working environment. More importantly its small size made it an ideal choice for creating delicate structures for the detection of small targets. The possibility of splitting the aptamer sequence has provided more approaches for amplification purpose. There are two categories of detecting methods based on aptamers: heterogeneous analyzation where the aptamer is immobilized on a surface or homogeneous analyzation where the assay is performed in solution. In this thesis, we proposed an amplification method useful for both heterogeneous and homogeneous assays. Adenosine was used as a proof of concept target. The detection of Adenosine was achieved by combining the self-assembly of oligonucleotide dimers with split-aptamer dangling ends. We constructed self-assembled DNA structures (from 1D to 3D) with Adenosine as the trigger for a structural change. The heterogeneous assay is based on in Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi). SPRi is a method sensitive to the change of refraction index created by the interaction between the probes immobilized on the gold surface and the targets in the flowing solution. With the presence of Adenosine in the solution, the DNA structure is self-assembled on the gold surface and the signal was created. The detection limit achieved by this method was 10 µM. The second homogeneous assay is based on the melting profile of the solution determined from the absorbance of UV light (260 nm wavelength). The UV absorbance of single strand DNA and hybridized DNA duplex is different. Due to this effect, the melting temperature could be obtained from the UV absorbance measured. The DNA structures combining self-complementary oligonucleotides and split-aptamer dangling ends have two melting temperatures, one correspond to the oligonucleotides and the other to the split-aptamer. In presence of Adenosine in the solution the strength in the binding is increased. As a result, the melting peak of the split-aptamer shifted to higher temperature while the second melting peak correspond the oligonucleotide remains the same as an internal reference. The detection limit achieved for this method was 1 µM. The DNA structures we proposed varied from 1D to 3D: the 1D structure was a DNA chain formed by a series of dimers connected through split-aptamer dangling ends; the 2D structure was a Y shape structure formed by three single-strand DNA with a split-aptamer dangling end on each branch of the “Y”; the 3D structure was a tetrahedron formed by four single-strand DNA with split-aptamer dangling ends on the four vertexes. With presence of Adenosine, 2D and 3D structures can further form a network with the dangling ends. The 1D structure has been maturely developed for the two detection methods, the 2D and 3D structures have been proven effective for detection but still require more efforts to reach perfection.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La liaison hydrogène est omniprésente dans la nature et joue un rôle capital dans la chimie de la matière vivante. Cette interaction non covalente, sélective, forte et directionnelle peut induire l'auto-assemblage de molécules. Les tectones sont définies comme étant des molécules dont les interactions sont dominées par des forces attractives spécifiques qui induisent la formation d'agrégats de géométrie contrôlée. La tectonique moléculaire est l'art et la science de la construction de supramolécules en utilisant des sous-unités tectoniques. Les liens hydrogène intermoléculaires présentent une force particulièrement efficace pour promouvoir la formation d'agrégats tectoniques et de telles tectones pouvant participer dans un vaste réseau de liens hydrogène peuvent être synthétisée simplement en ajoutant des sous-unités 2-pyridones sur une molécule support appropriée. Cette thèse décrit la conception et la synthèse de tectones comprenant quatre sous-unités 2-pyridones orientées suivant un tétraèdre de telle sorte qu'elles sont prédisposées à générer un réseau diamantoïde ou de géométrie comparable. Nous avons mis en évidence que de telles tectones tétraédriques peuvent s'associer par des liaisons hydrogène pour former un réseau diamantoïde contenant de larges cavités. Ces cavités générées par le réseau sont comblées par un entrelacement de réseaux diamantoïdes indépendants et autres molécules hôtes. Nous avons aussi mis en évidence que des tectones tétraédrique de différentes grandeurs peuvent engendrer des réseaux tridimensionnels autre que diamantoïdes. Ces résultats laissent entrevoir que l'application astucieuse de la tectonique moléculaire peut être employée à l'élaboration de molécules organiques dont l'assemblage tridimensionnel offrirait les propriétés remarquables des zéolites et autre substances inorganiques semblables comme la microporosité, la présence de cavités et la stabilité structurelle.

Cette thèse porte sur la préparation de matériaux hybrides organique-inorganique nanostructurés à partir de macro-précurseurs de silice. Notre approche a consisté à synthétiser des copolymères à blocs portant des groupements trialcoxysilane pendants susceptibles d’être hydrolysés-condensés pour former un réseau inorganique Si-O-Si. La synthèse des copolymères a été réalisée par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMRP). Ensuite, ces copolymères ont été auto-assemblés en solution et en masse en des morphologies diverses (micelles, lamelles, cylindres). Enfin, des objets hybrides nanostructurés ont été obtenus par hydrolyse-condensation, en milieu acide, des domaines contenant les groupements trialcoxysilane. / This dissertation deals with the preparation of nanostructured organic-inorganic hybrid materials using silica macro-precursors. Our approach was to synthesize block copolymers bearing trialcoxysilane groups able to be hydrolyzed and condensed into a Si-O-Si network.Block copolymers were first synthesized using Nitroxide-Mediated Radical Polymerization (NMRP). They were then self-assembled in solution and bulk into various nanoscale morphologies (micelles, lamellas, cylinders). Finally, nanostructured hybrid objects were obtained by hydrolysis-condensation, in acidic medium, of domains containing gelable groups.