Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans la première partie aux instabilités dans les films minces de polymères. Sous champ électrique perpendiculaire à la surface, cette dernière devient instable lorsque la température du film mince est supérieure à sa température de transition vitreuse. Nous y étudions plus particulièrement l'influence des contraintes résiduelles à la fois sur le taux de croissance de cette instabilité et sur les longueurs d'ondes sélectionnées. Dans un premier temps, nous décrivons brièvement ce qui nous a poussé à considérer que le processus de fabrication pouvait entraîner des contraintes résiduelles. Nous détaillons aussi tous les éléments de notre modèle avec les hypothèses que cela engendre. Ensuite, plusieurs modèles rhéologiques sont considérés : modèle du solide élastique Néo-Hookéenne, modèle du solide viscoélasticité du type Voigt-Kelvin et modèle du liquide viscoélasticité de type Maxwell. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la répartition de contre-ions autour d'un polyélectrolyte hydrophobe en mauvais solvant. Dans un tel solvant, ces polyélectrolytes prennent la configuration d'un collier de perles. Nous étudions le profil de densité des contre-ions autour d'une de ces perles. L'approximation des charges quasi- localisées nous permet d'obtenir des lois d'échelle entre le paramètre de couplage plasma et la charge effective du globule ou encore la longueur caractéristique de décroissance de la densité. Ces lois d'échelle sont validées via des simulations. Une approche semi-analytique (Density Functionnal Theory) permet de retrouver les profils de densité des contre-ions.

Cette thèse s'intéresse aux effets des rayonnements ionisants sur les cellules vivantes. Le travail peut être divisé en trois parties principales : La première partie résume les processus de dommage et de réparation cellulaire après les irradiations, et les résultats obtenus par Dionet et al. au Laboratoire de Physique Corpusculaire notamment la mise en évidence de l'effet d'hypersensibilité de la lignée du mélanome pour des irradiations à faible doses et faibles débits de dose en neutrons de 14 MeV. La deuxième partie décrit le développement de la version officielle du code GEANT4DNA qui est un code monte-Carlo capable de suivre les protons jusqu'à 100 eV et les électrons jusqu'à 15eV dans l'eau. Ce code a été utilisé pour décrire d'une manière détaillée les traces de particules qui traversent la cellule pendant les irradiations. La troisième partie décrit les formalismes de la microdosimétrie et de la théorie " Dual Radiation Action" qui ont été utilisés pour calculer l'efficacité biologique relative des neutrons de 14 MeV par rapport aux photons de 1 MeV pour la lignée irradiée au LPC, le mélanome. L'EBR calculé est comparé aux données expérimentales disponibles

Le but de ce travail est de détourner un système de son état d'équilibre, afin de le piéger dans d'autres états hors-équilibre. Les systèmes utilisés sont de type (eau+huile+amphiphile) ou (polymère+bon solvant+mauvais solvant). L'objectif est d'éviter la séparation macroscopique de phases en la restreignant à l'échelle microscopique, afin d'obtenir des collections uniformes de gouttes de taille contrôlées. Des méthodes physico-chimiques, pour lesquelles les contraintes sont les interactions entre molécules, sont employées. Un premier scénario consiste à mener le système le long d'états d'équilibre jusqu'à une bifurcation qui le conduit dans un piège ce qui l'éloigne alors de son état d'équilibre. Cela correspond expérimentalement à l'addition rapide d'eau à une solution (huile+amphiphile). Un deuxième scénario se déroule en menant le système un peu plus haut que ses états d'équilibres par perturbation, comme l'agitation, jusqu'à atteindre un état piégé dont il ne s'échappe pas alors que les états d'équilibre s'éloignent. Cette situation est observée lors de l'hydratation de la couche d'amphiphile par une variation des interactions entre l'eau et la tête hydrophile, à travers la température, la force ionique, le pH. Un troisième scénario consiste à pousser le système vers son état d'équilibre tout en érigeant sur son chemin des barrières de plus en plus hautes. Cela correspond au basculement de solvant où la coalescence, qui conduit à la séparation de phase, est freinée par les répulsions ioniques. Deux nouveaux types de chemins ont également été identifiés au travers de l'étude, le murissement de contact correspondant à un échange moléculaire entre gouttes au contact, et la coalescence limité par l'approche de gouttes chargées. L'origine des barrières ioniques dans les systèmes purifiés a également été élucidée.

L'étude du transport électronique dans des nano-objets métalliques et magnétiques issus de la chimie est un challenge en spintronique. En particulier, le manque de résultats expérimentaux révèle la difficulté à positionner ces nano-objets entre des électrodes de mesures tout en préservant leurs propriétés (magnétisme, intégrité des barrières tunnel organiques...). Ce travail de thèse vise à contourner ces difficultés et à étudier le magnétotransport dans ces systèmes. Pour cela, nous avons conçu et développé à l'intérieur d'une boîte à gants couplée à un bâti de pulvérisation cathodique des systèmes expérimentaux d'assemblages de nano-objets. Nous avons étudié les mécanismes mis en jeu lors de l'assemblage par la technique de dip coating, et réussi à déposer des monocouches de nanoparticules (NPs) de natures différentes (FeCo, Fe, Co) sur des surfaces d'Au, de SiO2 et de résine fine (40 nm). Ces résultats, couplés à une technique de nanoindentation, ont permis de mesurer quelques - voire une- NP(s). Une autre technique, la diélectrophorèse, s'est révélée simple et efficace pour piéger et orienter des nano-objets de taille, de nature, et de forme différentes entre des électrodes. Grâce à cette technique et au dépôt d'une couche protectrice d'alumine, nous avons étudié les propriétés de magnétotransport de plusieurs types de nano-objets sensibles à l'oxydation ou à la vapeur d'eau: NPs de Fe, de Co, FeCo et [Fe(H-trz)2(trz)](BF4)] (composés à transition de spin). Trois jeux de barrières tunnel organiques greffés sur des NPs de fer ont présenté de la magnétorésistance tunnel jusqu'à température ambiante. De plus, des nano-objets de [Fe(H-trz)2(trz)](BF4)] de facteurs de forme variable, ont montré une variation de la conductance liée à la transition de spin. Enfin, nous avons étudié l'influence de la longueur des ligands sur les propriétés de conductions de NPs de Cobalt, qui a validé nos méthodes d'échange de ligands et ont pu être analysées quantitativement. Nos travaux rendent désormais envisageable l'utilisation de NPs issues de la chimie dans différents domaines de la spintronique.

Examples of superhydrophobic surfaces found in nature such as self-cleaning property of lotus leaf and walking on water ability of water strider have led to an extensive investigation in this area over the past few decades. When a water droplet rests on a textured surface, it may either form a liquid-solid-vapor composite interface by which the liquid droplet partially sits on air pockets or it may wet the surface in which the water replaces the trapped air depending on the surface roughness and the surface chemistry. Super water repellent surfaces have numerous applications in our daily life such as drag reduction, anti-icing, anti-fogging, energy conservation, noise reduction, and self-cleaning. In fact, the same concept could be applied in designing and producing surfaces that repel organic contaminations (e.g. low surface tension liquids). However, superoleophobic surfaces are more challenging to fabricate than superhydrophobic surfaces since the combination of multiscale roughness with re-entrant or overhang structure and surface chemistry must be provided. In this study, simple, cost-effective and potentially scalable techniques, i.e., airbrush and electrospray, were employed for the sake of making superhydrophobic and superoleophobic coatings with random and patterned multiscale surface roughness. Different types of silicon dioxide were utilized in this work to in order to study and to characterize the effect of surface morphology and surface roughness on surface wettability. The experimental findings indicated that super liquid repellent surfaces with high apparent contact angles and extremely low sliding angles were successfully fabricated by combining re-entrant structure, multiscale surface roughness, and low surface energy obtained from chemically treating the fabricated surfaces. In addition to that, the experimental observations regarding producing textured surfaces in mask-assisted electrospray were further validated by simulating the actual working conditions and geometries using COMSOL Multiphysics.

Neste trabalho caracterizamos dispersões aquosas de vesículas lipídicas por espalhamento de luz. Utilizamos os diferentes métodos da técnica: espalhamento de luz estático (SLS) e espalhamento de luz dinâmico (DLS) no estudo desses sistemas. No SLS a intensidade da luz espalhada foi coletada em vários ângulos de espalhamento para diferentes concentrações, e obtivemos os seguintes parâmetros: peso molecular, Mw, raio de giração, Rg, que esta relacionado _a forma do centro espalhador e segundo coeficiente do virial, A2, que está relacionado a interações entre partículas. No DLS a correlação da luz espalhada foi obtida em função do tempo, para vários ângulos e concentrações. As medidas de DLS fornecem o coeficiente de difusão dos centros espalhadores, que estão relacionados a seus diâmetros efetivos. Em especial a técnica de SLS foi amplamente estudada para desenvolvimento de uma apostila coordenada pela Profa. Vera B. Henriques. Nesta apostila a teoria de espalhamento de luz estático está apresentada através de uma abordagem diferente da convencional, sob o ponto de vista da mecânica estatística. O principal objeto de estudo neste trabalho foram as dispersões aquosas de dimiristoil fosfatidil glicerol (DMPG). O DMPG, lipídio aniônico, saturado, com 14 carbonos nas cadeias hidrocarbônicas, em baixa força iônica, exibe um comportamento termo-estrutural muito peculiar, apresentando uma larga região de transição de fase, entre as fases gel e fluida. O lipídio dimiristoil fosfatidil colina (DMPC) com as mesmas cadeias carbônicas mas cabeça polar neutra, foi utilizado como controle, pois não apresenta esta anomalia. Os tamanhos efetivos obtidos pelos diferentes métodos (SLS) e (DLS) são semelhantes nas fases gel e fluída de ambos os lipídios, mas isso não ocorre na região de transição do DMPG. Ambos os métodos indicam um aumento na dimensão das vesículas de DMPG, nesta região de temperatura. No entanto, por SLS temos que o Rg triplica na região de transição, levando a um raio efetivo muito maior que o observado por DLS. Como é sabido que não há fusão entre as vesículas, considerando os dados de espalhamento de luz e a literatura, discutimos um modelo em que o agregado lipídico apresente grandes deformações isotrópicas e grandes flutuações de forma. / Light scattering used to structurally characterize lipid dispersions. In the present work light scattering was used to characterize aqueous dispersions of lipid vesicles. Two different methods were applied: static light scattering (SLS) and dynamic light scattering (DLS). With SLS, the intensity of the scattered light was measured at several scattering angles and different lipid concentrations. The following parameters were obtained: molecular weight (Mw) and radius of gyration (Rg), related to the mass and form of the scattering particle, and the second Virial coefficient (A2), related to interactions among particles. With DLS, the autocorrelation of the intensity of the scattered light was obtained, also at several scattering angles and lipid concentrations. Measurements of DLS provide the difusion coefficient of the particles, which are related to their hydrodynamic radii. In particular, the theory of SLS was largely studied to the elaboration of a manuscript, under the supervision of Dr. Vera B. Henriques, which presents an unconventional approach to the technique. Here, the main object of investigation was the aqueous dispersion of the anionic lipid dimyristoyl phosphatidylglycerol (DMPG), a saturated anionic lipid, with 14 C-atoms in the hydrophobic chains. At low ionic strength, this lipid exhibits a very peculiar thermo-structural behavior, presenting a large region of transition, between the gel and fluid phases. The lipid dimyristoyl phosphatidylcholine (DMPC), with the same hydrocarbon chains but zwitterionic polar headgroup, was used as a control, since it does not present such anomaly. Lipid dispersions were extruded through 100 nm filters (pore diameter). In the gel and fluid phases of DMPC and DMPG, both SLS and DLS indicate similar dimensions for the lipid vesicles, assuming them spherical. For DMPC, the obtained effective radius (Reff ) values were around 53 and 62nm for the gel and fluid phases, respectively, indicating the expected expansion of the uid bilayer, and radii compatible with the extrusion process. For DMPG, the fluid vesicle (Reff _ 30nm) was also found to be larger than the gel vesicle (Reff _ 27nm), but much smaller than the dimensions of the filter pore (R = 50nm). More interesting, over the DMPG transition region, SLS indicated a three times increase for the vesicle radius of gyration, whereas the hydrodynamic radius, measured by DLS, increased by 30% only. Besides, no light depolarization could be detected, indicating that the DMPG aggregates are isotropic particles, in average, at all temperatures. Considering the results presented here, and those in the literature, the presence of large bilayer fluctuations over the DMPG transition region will be discussed, possibly including the existence of bilayer pores.

Proteins are synthesised as linear polymeric chains. The subtle energetic interplay of interatomic interactions results in chain folding, through which proteins may acquire defined structures. This spatial organisation is encoded by the protein sequence itself; the so-called thermodynamic hypothesis formulated by Anfinsen in 1961. A defined structure is often considered a pre-requisite to protein function, but widespread existence of intrinsically disordered proteins (IDPs) has prompted a re- evaluation of the ways biological function may be encoded into polypeptide chains. Furthermore, proteins often exist as part of multi-component entities, where regulation of assembly is integral to their properties. The interplay between disorder, oligomerisation and function is the focus of this thesis. Some IDPs fold conditionally upon interacting with a partner protein; a process known as coupled folding and binding. What are the biophysical advantages and consequences of disorder in the context of these interactions? A common feature of IDPs is their sequence composition bias, with charged residues being often over-represented. It is therefore tempting to speculate that electrostatic interactions may play a major role in coupled folding and binding reactions. Surprisingly, the opposite was found to be true. Charge-charge interactions only contributed about an order of magnitude to the association rate constants of two contrasting model systems. The lack of pre-formed binding interfaces-a consequence of disorder-might preclude electrostatic acceleration from complementary patches. By looking at the role of the sequence, many studies have taken a protein-centric approach to understanding disorder. Yet there is paucity of data about the effect of extrinsic factors on interactions involving disordered partners. Investigating the role of co-solutes, it was discovered that the kinetic and thermodynamic profiles of coupled folding and binding reactions were sensitive to ion-types. This effect followed the Hofmeister series, and occurred at physiological concentrations of salt. The sensitivity of coupled folding and binding reactions-a consequence of the lack of stability of IDPs-might be advantageous. Given the role of ions in biology, this 'biophysical sensing' could be a mechanism of physiological relevance, allowing modulation of protein-protein interactions involving disordered partners in response to changes in their environments. In cells, signalling networks are often multi-layered, and involve competing protein-protein interactions. The interplay between the biophysical characteristics of the components, and the behaviour of the network were investigated in a model tripartite system composed of folded and disordered proteins. The BCL-2 family regulates the intrinsic pathway of apoptosis through control of mitochondrial outer-membrane permeabilisation; a result of BAK and BAX oligomerisation. Through a shared homology motif (termed BH3), the subtle balance of their interactions determines cellular fate at the molecular level. Characterisation of the model under simple biochemical conditions revealed large differences in affinities among binary interactions; the consequence of the lifetime of the complexes, not their speed of association. A membrane-like environment, re-created using detergents, allows the oligomerisation of BAK and BAX in vitro. Furthermore, investigation of the tripartite system under detergent conditions showed that regulation of the network was the result of competing hetero- and homo-oligomerisation events. Relationships to their biophysical properties were gained by probing their energy landscapes using protein folding techniques. The connection between the biophysical properties of the components of the network and their interactions provides a molecular explanation for the regulation of apoptosis. This thesis offers insights into the ways structured assemblies and environmentally responsive disorder elements may encode functions into proteins.

Ligands of the human monoamine transporters encompass a wide range of both illicit and therapeutic drugs that act upon neural circuitry related to reward, motivation, and the processing of salient stimuli. The present study utilizes two methods for analyzing transporter substrates and inhibitors in order to characterize activity and assess potency. The first measures transient changes in intracellular calcium as a surrogate for transporter activity by harnessing the electrical coupling of monoamine transporters and L-type calcium channels. This is used to analyze novel chimera of the strong hDAT inhibitors methylphenidate and 𝛼-PPP in order to assess the contribution of specific moieties to potency. The observed reduction in potency suggests that methylphenidate may bind to the transporter in a manner distinct from 𝛼-PPP, as chimera would otherwise be expected to show similar activity to parent compounds. These results highlight the importance of 𝛼-carbon substituents and the relatively small contribution of beta-carbon groups to inhibitor potency at hDAT, while the lack of activity at hSERT suggests potency is not strongly influenced by beta-carbon or N-alkyl substituents. In order to further characterize drug-transporter interaction, a method was developed to analyze the kinetics of binding and unbinding using both known and novel hNET ligands, including a series of N-alkyl derivatives of 4-methylamphetamine. The study emphasizes the importance of both association and dissociation kinetics to affinity and sets up a methodological framework with two ways for determining Kd, with notable advantages over current models. The results indicate that lengthening the N-alkyl chain of 4-methylamphetamine leads to a decrease in potency and a shift in activity from substrate to blocker, with the results of N-propyl 4-methylamphetamine in particular indicating the potential existence of multiple low-affinity binding sites, each with distinct on and off kinetics. The implications of these results help elucidate the mechanism of action of transporter ligands and set up a framework for future studies that can more specifically classify the interaction between transporters and inhibitors or releasing agents.

Ce travail présente une étude théorique des spectres RMN de molécules biologiques. Dans la première partie, les calculs DFT des paramètres RMN (déplacements chimiques et constantes de couplage spin-spin) pour les protons liés à des atomes de carbone ont été réalisés pour quatre métabolites de la prostate: la putrescine, la spermidine, la spermine, et la sarcosine, et trois métabolites du cerveau: l'acétate, l'alanine et la sérine. Une étude théorique systématique, dans l'approche DFT, des paramètres de RMN des métabolites a montré que la méthode B3LYP/6- 311++G** est un bon compromis entre la précision et les coûts. Les contributions du solvant ont été évaluées en utilisant le modèle PCM, les effets des isomères, pondérés dans l'approximation de Boltzmann, ont été pris en compte, et les corrections de vibration de point zéro ont été estimées en utilisant une approche perturbative au second ordre. La comparaison avec l'expérience a démontré que tous ces effets sont nécessaires pour améliorer l'accord entre les données calculées et expérimentales, aboutissant à des résultats de grande précision. Dans la deuxième partie, nous avons développé un nouveau modèle, BioShift, qui permet la prédiction des déplacements chimiques des différents noyaux (H, N, C ...) pour des molécules biologiques (protéines, ADN, ARN, polyamine ...). Il est simple, rapide, et comporte un nombre limité de paramètres. La comparaison avec des modèles sophistiqués conçus spécialement pour la prédiction des déplacements chimiques des protéines a montré que Bioshift est concurrentiel avec de tels modèles.

De nos jours, les demandes technologiques en terme de miniaturisation de composants telles que les capteurs, les dispositifs pour l'électronique et l'optique stimulent de plus en plus l'activité scientifique des laboratoires à l'échelle mondiale. A cet effet, les matériaux moléculaires bistables semblent prometteurs dans la perspective de telles applications. L'adressage et la détection de la bistabilité dans ces matériaux à l'échelle nanométrique est une étape incontournable dans la conception de tels dispositifs. Dans ce contexte, ce travail de thèse présente une approche originale, non seulement pour l'adressage des matériaux moléculaires bistables par voie électrique, mais aussi pour la lecture de l'information stockée dans les matériaux moléculaires bistables à l'échelle nanométrique par voie électrique ou optique. A cet effet, nous avons étudié les propriétés de transport des complexes de coordination (RbxMn[Fe(CN)6]y*zH2O, NaxCo[Fe(CN)6]y*zH2O, Co3[W(CN)8]2(pyrimidine)4*6H2O et {Fe(HB(pz)3)2}) et nous avons pu mettre en évidence une commutation entre leurs deux états bistables par l'application d'un champs électrique. Nous avons également étudié théoriquement et expérimentalement la possibilité de détecter cette commutation dans des couches minces à l'aide de la résonance des plasmons de surface. Nous montrons que cette technique peut détecter des variations d'indice optique associées à la bistabilité même pour des couches ultra-minces (<10 nm). Ces résultats ouvrent de sérieuses perspectives pour l'intégration des complexes à transition de spin ou à transfert de charge dans des nano-circuits électriques et dans des dispositifs photoniques dont l'objectif est leurs possibles applications comme mémoire, capteurs ou dispositifs optiques adressables.