Les principes actifs, dans leur chemin vers leur cible thérapeutique, rencontrent une ou plusieurs membranes biologiques (plasmique, intracellulaire). Les interactions entre un principe actif et ces membranes sont importantes : d’une part les propriétés pharmacocinétiques de la molécule active (transport, distribution, accumulation) en dépendent, d’autre part le principe actif peut modifier les propriétés structurales des membranes. L’étude de ces interactions est rendue difficile par la complexité des membranes en termes de composition (lipidique et protéique) et de structure (hétérogénéité de l’organisation). Par conséquent, l’utilisation de systèmes modèles simplifiés est nécessaire. Au cours de ce travail de thèse nous avons cherché à réaliser des bicouches lipidiques modèles dont les caractéristiques se rapprochaient de celles des membranes biologiques en complexifiant progressivement leur composition lipidique. Nous avons ensuite étudié l’interaction d’une molécule anti-VIH squalénisée, le ddC-SQ, avec nos modèles de membrane.Un des rôles essentiels des membranes biologiques étant de séparer deux milieux aqueux de composition ionique différente, nous avons étudié dans un premier temps l’influence de la nature du milieu d’hydratation sur les propriétés thermiques et structurales des bicouches lipidiques. A pH physiologique, nous avons mis en évidence que seuls les ions divalents (à faibles concentrations) induisaient de profondes modifications structurales en provoquant la formation de vésicules unilamellaires dans les systèmes simples. Une seconde partie de nos travaux a consisté à étudier l’interaction d’un antiviral squalénisé, le ddC-squalène (ddC-SQ), avec nos différentes bicouches modèles. Cet analogue nucléosidique a été associé de manière covalente à une chaîne de squalène afin d’améliorer ses propriétés pharmacocinétiques. Cette squalénisation confère à la molécule la capacité de s’auto-assembler en nanoparticules présentant une structure cubique bicontinue. Les résultats obtenus ont révélé que le principe actif squalénisé interagissait fortement avec les membranes à l’inverse de la molécule native. L’organisation structurale des systèmes modèles est profondément modifiée par l’insertion du ddC-SQ, ce qui pourrait influer sur l’activité du composé. / Drugs must cross one or more biological membranes (plasma membrane, intracellular membrane) to reach their intracellular target. Interactions between drug and membranes play a significant role in the pharmacokinetic properties of drug such as transport, distribution, accumulation. Moreover, drugs may alter membrane properties. The complexity of the composition (protein and lipid) and the structural properties (heterogeneity) of membranes leads to a difficult investigation of these interactions. Consequently, use of simplified model membranes is needed. In this work, model lipid bilayer systems in which the lipid organization mimics the arrangement of lipids in natural membrane have been developed. In this way, the complexity of lipid composition mixtures has been progressively increased. The primary function of membrane is to physically separate aqueous compartments from their surroundings. The intracellular and extracellular fluids differ in ionic composition. This study firstly consists to estimate the influence of aqueous medium nature on the thermodynamic and structural properties of these model membranes.In physiological conditions (pH 7.4, ionic strength 150 mM), the most significant change was obtained in the presence of divalent ions. Markedly change in lipid organization was observed and the formation of unilamellar vesicles has been evidenced (at low concentrations) in simple model bilayers. Interactions of an antiretroviral nucleoside analogue, the SQddC, with lipid systems constitute the second part of our work. Squalene has been covalently coupled to ddC, in order to improve its therapeutic index. Squalenoylation leads to amphiphilic prodrugs which self-organize as nanoparticles. ddC weakly interacts with lipid membranes while SQddC-SQ can insert into membranes between hydrophobic alkyl chains and induce disruption of lipid organization. Consequently, the efficacy and/or toxicity of this drug could change.

Composites are the materials which can be used for a wide variety of applications andproducts such as sports equipment, aerospace and marine because of light and stiffnessproperties. Composites are often made from thermoset resin with glass fibers.In this study, two ways of recycling composites were evaluated, which are microwavepyrolysed composites (MGC) and mechanical composites (GC). These glass fibers weregoing to be compounded with Polypropylene (PP) or Maleic Anhydride ModifiedPolypropylene (MAPP) and then injection moulded the sample by Micro-compounder.In order to get better adhesion to the polymer, a coating was added. The Neoxil 5682-polypropylene water emulsion was evaluated.The samples were characterized by Tensile Testing, Thermogravimetric Analysis (TGA),Different Scanning Calorimetry (DSC), and Dynamic Mechanical Analysis (DMA) to find aoptimum combination of recycled glass fiber reinforced polymer.Microwave pyrolysis is a new research area. The glass fiber, polymer oil and gas can beobtained by heating the composite with microwaves to in an inert atmosphere. The polymeroil can be distillated and then evaluated with GC-MS; in order to obtain the chemicalcompositions.Keywords: Composites, grinded and microwave pyrolyse composites (MGC), grindedcomposites (GC), Polypropylene (PP), Maleic Anhydride Modified Polypropylene (MAPP),Micro-compounder, Tensile Testing, Thermogravimetric Analysis (TGA), Different ScanningCalorimetry (DSC), and Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Microwave pyrolysis,polymer oil, distillation, GCMS Analysis. / Program: MSc in Resource Recovery - Sustainable Engineering

Despite the recent development in PLA and PLGA based medical devices, there are still needs to further improve the mechanical performance of bioresorbable medical implants and their bioactivity. This is normally done by optimizing the filler compositions in selected groups ofbiodegradable polymer matrices. In this study, the effects of various filler levels on mechanical strength and thermal properties of PLA and PLGA composites were investigated. Composites containing different dosage of osteoconductive HAp with various particles size (0-5μm, 0-50 μm, nano size), β-TCP, bioactive glass and biodegradable Poly-L-lactide and Polylactide-glycolic acid was manufactured with melt blending, using a twin-screw extruder.The samples were investigated by Differential Scanning Calorimetry (DSC), thermo gravimetric analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), viscometer, three points bending machine, and Optical Microscopy (OM). The Extruder produced a porous profile. The result from TGA and SEM indicated that there was homogenous filler dispersion in the matrix after compounding.The result from DSC and Viscometer shows that there was some degradation duringcompounding. Mechanical properties of composites were modified by adding filler to matrix. The addition of Bioactive glass, as a filler, increases the degradation of the polymer matrix. The best filler that was applied is 0-5μm and nano HAp. Also in in-vitro degradation part of this thesis work, the effects of calcium phosphate materialsare investigated on degradation process.

Η ανάπτυξη ευφυών υλικών, ή καλύτερα ευφυών συστημάτων, βασίζεται στην αξιοποίηση των λειτουργικών ιδιοτήτων μιας σειράς υλικών με κυριότερους εκπροσώπους τα υλικά με μνήμη σχήματος, τα ηλεκτρορεολογικά αιωρήματα και τα πιεζο/σιδηροηλεκτρικά στοιχεία. Το επιστημονικό και τεχνολογικό πεδίο των «ευφυών υλικών» επιχειρεί να αναπτύξει συστήματα υλικών των οποίων η επιτυχία δε θα βασίζεται στην εκπλήρωση πολύ υψηλών και σταθερών προδιαγραφών, αλλά στη δυνατότητα ελεγχόμενης μεταβολής της συμπεριφοράς τους. Η εργασία αυτή αναφέρεται σε κράματα με μνήμη σχήματος και στη μελέτη των συντελούμενων σε αυτά κρυσταλλογραφικών μετασχηματισμών, με τη μέθοδο της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης και τη μέθοδο της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης. Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη των μετασχηματισμών φάσεων προτανυσμένων συρμάτων SMA που είναι ενσωματωμένα στο εσωτερικό πολυμερικής μήτρας. Για λόγους αναφοράς εξετάσθηκε και η θερμική απόκριση των συνιστωσών υλικών. Το πρώτο μέρος της εργασίας προσφέρει μια βιβλιογραφική επισκόπηση του αντίστοιχου επιστημονικού πεδίου και το δεύτερο μέρος αναφέρεται στην πειραματική μελέτη του ίδιου θέματος. Στη συνέχεια δίνεται μια συνοπτική περιγραφή της διάρθρωσης της παρούσης εργασίας. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται λόγος για τα ευφυή υλικά. Ως ευφυή υλικά αναφέρονται συστήματα που έχουν την ικανότητα να μεταβάλλουν τη συμπεριφορά τους ή ορισμένα χαρακτηριστικά τους (σχήμα, ιδιοσυχνότητα, συντελεστή απόσβεσης δονήσεων και άλλα) με δεδομένο και ελεγχόμενο τρόπο, εξ’ αιτίας μιας διέγερσης. Τα συστήματα αυτά ενσωματώνουν αισθητήρες και ενεργοποιητές, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με έναν κατάλληλο βρόχο ελέγχου. Στο ίδιο κεφάλαιο αναφέρονται τα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες και ενεργοποιητές και οι τύποι τους, τα είδη ελέγχου που έχουν επιτευχθεί, καθώς και εφαρμογές των ευφυών συστημάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα σύνθετα υλικά. Ως σύνθετο υλικό χαρακτηρίζεται ένα σύστημα δύο ή περισσότερων, διαφορετικών σε σύσταση και χημική δομή, υλικών τα οποία είναι φυσικά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από μια συνεχή φάση, που λέγεται «μήτρα», ενισχυμένη με κάποιο υλικό που συνήθως αποκαλείται «ενισχυτικό ή πληρωτικό μέσο» και μια τρίτη φάση τη «διεπιφάνεια». Στο κεφάλαιο αυτό αναφέρονται οι κατηγορίες των σύνθετων υλικών, τα είδη μήτρας και εγκλεισμάτων, καθώς και τα χαρακτηριστικά της διεπιφάνειας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα ευφυή σύνθετα υλικά με ενσωματωμένα σύρματα με μνήμη σχήματος. Τα κράματα με μνήμη σχήματος εμφανίζουν την ικανότητα να μεταβάλλουν αντιστρεπτά ορισμένες φυσικές ιδιότητες του υλικού καθώς και το σχήμα τους. Εδώ αναλύεται ο ευθύς και αντίστροφος μαρτενσιτικός μετασχηματισμός, το φαινόμενο μνήμης σχήματος, τα κυριότερα κράματα μνήμης σχήματος που χρησιμοποιούνται και οι μηχανικές τους ιδιότητες, ενώ γίνεται αναφορά στις δυνατότητες και στους περιορισμούς των κραμάτων στις διάφορες εφαρμογές. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή των ευφυών συστημάτων στην παρούσα εργασία. Αρχικά γίνεται λόγος για τη χημική δομή, τη θερμική κατεργασία και τις εφαρμογές εποξειδικών ρητινών. Στη συνέχεια αναφέρονται οι ίνες Kevlar® και αναλύεται η χημική δομή τους, τα είδη των ινών Kevlar® που υπάρχουν και οι εφαρμογές τους. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται και τα σύρματα με μνήμη σχήματος. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο παρασκευάστηκαν τα σύνθετα με ενσωματωμένα σύρματα με μνήμη σχήματος. Στο έκτο κεφάλαιο αναφέρονται οι πειραματικές τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των δοκιμίων. Εδώ αναφέρονται σε συντομία γενικά στοιχεία για τη μέθοδο της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) και για τη μέθοδο της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA). Επίσης, περιγράφονται οι συσκευές της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης και της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της θερμικής και μηχανικής απόκρισης των δοκιμίων. Στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται τα πειραματικά αποτελέσματα για δοκίμια Ni-Ti, Ni-Ti-Cu με 6% σε Cu, Ni-Ti-Cu με 12% σε Cu και για σύνθετα δοκίμια NiTi με προτάνυση 3%, NiTiCu (6% Cu) με προτάνυση 2%, NiTiCu (12% Cu) με προτάνυση 3%, που μελετήθηκαν με τη διάταξη της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC). Επιπλέον, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για σύρματα Ni-Ti-Cu με 12% σε Cu και Ni-Ti, καθώς και για σύνθετα Ni-Ti-Cu (12% Cu) με 3% προτάνυση και για ρητίνη με ίνες Kevlar 29®, που μελετήθηκαν με διάταξη δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA). Στο επόμενο κεφάλαιο σχολιάζονται τα αποτελέσματα αυτά, ενώ στο τελευταίο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη μελέτη των αποτελεσμάτων. / Exploiting the functional properties of materials such as shape memory alloys, electrorheological suspensions and piezo/ferroelectric elements results in the development of smart materials or systems. In the scientific and technological field of smart materials the major achievement is not related to the values of specific physical properties but to the “adopted” ability to control their own behaviour. The subject of the present work concerns the crystallographic transformations of Shape Memory Alloys (SMA) under constrained conditions. The occurring transitions are studied experimentally by means of Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical Analysis (DMA). The first part of this work is a bibliographical review of the field, while the second one is the experimental study of the same subject. In the following lines, a short description, of the present thesis is given. The first chapter gives an introduction to smart materials. Composite systems, which under the influence of an external cause, can vary their behaviour or some characteristics (shape, natural vibration frequency, damping coefficient etc) in a specific and controllable way, are referred as smart materials. These systems incorporate sensors and actuators, which in turn are connected by a suitable control loop. Suitable materials for being employed as sensors and actuators, as well as the types of the, up to now, achieved control are also discussed. Chapter two covers briefly, fundamental aspects of composite materials. A system of two or more different, in composition and chemical structure, materials physically bonded between of them is characterised as a composite material. Composite materials are consisted from a continuous phase, often called “matrix”, and a discrete phase, called “reinforcing or filling phase”. Composite materials exhibit always a third phase, namely interface, between matrix and reinforcement. In this chapter the types of composites, matrices, fillers and the characteristics of interface are referred. Chapter three presents smart composite systems with embedded shape memory alloys (SMA). Shape memory alloys have the ability to change, reversibly, a number of characteristics, including their own shape. In this chapter direct and reverse martensitic transformation, shape memory effect, important shape memory alloys and their mechanical properties, as well as a short description of the manufacturing procedure of smart systems with embedded shape memory alloys, is presented. In the fourth chapter the employed materials for the production of the smart systems are discussed. The chemical structure, the curing procedure and the applications of epoxy resins are referred. Aramid fibres, such as Kevlar® fibres are also discussed, connecting their reinforcing role with their microstructure. Chapter five describes analytically the preparation procedure of the specimens. Next chapter describes the main characteristics of differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, as well and the devices used to study the thermal and mechanical response of the specimens. Chapters seven and eight present the experimental results of all the examined specimens and the resulting discussion respectively. Finally, concluding remarks and possible future work are included in chapter nine.

This dissertation has focused on studying the effect of four glycine derivatives on the solid state properties of mannitol, glycine, and sucrose when freeze dried into blended mixtures. The primary goal was to assess their value for use in the stabilisation of vaccines in the solid state, by examining key physical and chemical characteristics, which have been documented to be beneficial to the stabilisation of biopharmaceutical formulations. The novel excipients; dimethyl glycine, and trimethyl glycine, were shown to retard the crystallisation and increase the overall glass transition temperature, of mannitol, when freeze dried as evidenced by DSC and Powder X-ray diffraction. Mannitol’s glass transition temperature increased from 100C to 12.650C and 13.610C when mixed with methyl-glycine and dimethyl glycine respectively. The glycine derivatives did not show the same effect on sucrose which remained amorphous regardless of the concentration of the other excipient. The different behaviour with the sucrose system was thought to be due to relatively high glass transition temperature of sucrose. Conversely glycine remained highly crystalline due it’s relatively low glass transition temperature. The novel excipient formulations were also assessed for their effect on the aggregation of the adjuvant aluminium hydroxide when freeze dried by Dynamic Light Scattering (DLS).The formulations containing the glycine derivatives all caused a decrease in the aggregation size of the adjuvant from ~26 μm, to 185 nm in the presence of methyl glycine. The effects of lysozyme and viral antigen on the adjuvants were also examined showing that the addition of the virus did not affect the size of the aggregates formed, however lysozyme showed significant decreases in the aggregates formed. Examination of the freezing method were also made showing that faster freezing rates produced smaller aggregates of the adjuvant. When investigating the rate at which the excipients lost water during secondary drying there was evidence of the formation of hydrates of glycine, trimethyl glycine, and mannitol has shown that the glycine derivatives have attributes which would be beneficial in stabilising vaccines in the solid state when freeze dried.

This dissertation has focused on studying the effect of four glycine derivatives on the solid state properties of mannitol, glycine, and sucrose when freeze dried into blended mixtures. The primary goal was to assess their value for use in the stabilisation of vaccines in the solid state, by examining key physical and chemical characteristics, which have been documented to be beneficial to the stabilisation of biopharmaceutical formulations. The novel excipients; dimethyl glycine, and trimethyl glycine, were shown to retard the crystallisation and increase the overall glass transition temperature, of mannitol, when freeze dried as evidenced by DSC and Powder X-ray diffraction. Mannitol’s glass transition temperature increased from 100C to 12.650C and 13.610C when mixed with methyl-glycine and dimethyl glycine respectively. The glycine derivatives did not show the same effect on sucrose which remained amorphous regardless of the concentration of the other excipient. The different behaviour with the sucrose system was thought to be due to relatively high glass transition temperature of sucrose. Conversely glycine remained highly crystalline due it’s relatively low glass transition temperature. The novel excipient formulations were also assessed for their effect on the aggregation of the adjuvant aluminium hydroxide when freeze dried by Dynamic Light Scattering (DLS).The formulations containing the glycine derivatives all caused a decrease in the aggregation size of the adjuvant from ~26 μm, to 185 nm in the presence of methyl glycine. The effects of lysozyme and viral antigen on the adjuvants were also examined showing that the addition of the virus did not affect the size of the aggregates formed, however lysozyme showed significant decreases in the aggregates formed. Examination of the freezing method were also made showing that faster freezing rates produced smaller aggregates of the adjuvant. When investigating the rate at which the excipients lost water during secondary drying there was evidence of the formation of hydrates of glycine, trimethyl glycine, and mannitol has shown that the glycine derivatives have attributes which would be beneficial in stabilising vaccines in the solid state when freeze dried. / Stabilitech Ltd. and the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).