Tesis por compendio / [ES] En la presente tesis doctoral se ha evaluado el uso de nuevos soportes celulósicos y silíceos como sistemas de filtración para la estabilización y conservación de alimentos líquidos con el fin de afrontar dos grandes retos de la industria de bebidas. Por un lado, evitar o minimizar los cambios en las propiedades nutricionales, estructurales y organolépticas de los alimentos, ocasionados por la pasteurización térmica tradicional, y ofrecer una alternativa al problema de la baja viabilidad debida a los altos costos de inversión/producción al aplicar nuevas tecnologías no térmicas. Por ello, esta tesis doctoral se centra en el desarrollo y evaluación de una nueva tecnología no térmica de conservación de alimentos líquidos basada en la filtración. Se han desarrollado sistemas de filtración a partir de soportes celulósicos y silíceos, sin funcionalizar o funcionalizados con compuestos antimicrobianos. En el primer capítulo se evaluó el uso de materiales de celulosa como soportes filtrantes para el tratamiento de alimentos líquidos. Como primera aproximación se desarrolló un material poroso nano-micro tubular a partir de la extracción y deslignificación del material celulósico presente en el corazón o raquis de la mazorca de maíz. El uso de este soporte resultó ser efectivo como material filtrante para el tratamiento de agua y zumo de naranja, en un sistema de flujo continuo, eliminando la carga microbiana. La aplicación de este soporte como sistema de filtración presenta diversas ventajas como su capacidad de retención microbiana, la reutilización de sub-productos del maíz y, por tanto, su respeto al medioambiente. Sin embargo, sería necesario optimizar el proceso de filtrado para evitar la frecuente obturación de sus poros que requirió varios ciclos de lavado durante el proceso, así como establecer un método de regeneración del material para incrementar su vida útil. Además, este sistema afectó al color del zumo filtrado, que no se mantuvo constante durante el proceso, lo que supone una importante desventaja que es necesaria abordar. Como segunda aproximación, se evaluó el potencial de la inmovilización de una molécula bioactiva sobre membranas de celulosa, para mejorar la capacidad de retención microbiana del material celulósico, así como permitir su reutilización. Los filtros de celulosa funcionalizados con poliaminas demostraron ser eficaces en la eliminación de patógenos en agua, debido a las cargas positivas generadas por los grupos amina inmovilizados en la superficie de las membranas, que atraen y retienen las bacterias cargadas negativamente. Dada la fácil preparación y procedimiento de uso de las membranas de celulosa funcionalizadas con poliaminas, éstas podrían ser consideradas una buena opción para el desarrollo de sistemas de tratamiento de aguas in situ, rápidos, de fácil manejo y de bajo coste. El segundo capítulo describe el desarrollo y aplicación de partículas de sílice funcionalizadas con compuestos de aceites esenciales, con el fin de diseñar coadyuvantes de filtración con actividad antimicrobiana. La filtración de diversas matrices alimentarias (agua, cerveza y zumo de manzana) a través de los soportes funcionalizados con los antimicrobianos naturales demostró ser eficaz en la reducción del recuento de la cepa patógena Escherichia coli, así como frente a la microflora endógena de la cerveza y el zumo (bacterias acidolácticas, aerobios mesófilos, psicrófilos, mohos y levaduras). La eficacia en el control microbiano se debe a la combinación de la adsorción física y la inactivación por contacto con los compuestos de aceites esenciales inmovilizados. Además, la evaluación de las propiedades físico-químicas y sensoriales de los alimentos líquidos demostró un efecto poco significativo, éste depende del tamaño de las partículas de sílice usadas y de la molécula bioactiva inmovilizada. Por lo tanto, el sistema de conservaci� / [CA] En la present tesi doctoral s'ha avaluat l'ús de nous suports cel·lulòsics i silicis com a sistemes de filtració per a l'estabilització i conservació d'aliments líquids, amb la finalitat d'afrontar dos grans reptes de la indústria de begudes. D'una banda, evitar o minimitzar els canvis en les propietats nutricionals, estructurals i organolèptiques dels aliments, ocasionats per la pasteurització tèrmica tradicional, i oferir una alternativa al problema de la baixa viabilitat deguda als alts costos d'inversió/producció en aplicar noves tecnologies no tèrmiques. Per això, aquesta tesi doctoral es centra en el desenvolupament i avaluació d'una nova tecnologia no tèrmica de conservació d'aliments líquids basada en la filtració. S'han desenvolupat sistemes de filtració a partir de suports cel·lulòsics i silicis, sense funcionalitzar o funcionalitzats amb compostos antimicrobians. En el primer capítol es va avaluar l'ús de materials de cel·lulosa com a suports filtrants per al tractament d'aliments líquids. Com a primera aproximació es va desenvolupar un material porós nano-micro tubular a partir de l'extracció i deslignificació del material cel·lulòsic present en el cor o raquis de la panolla de dacsa. L'ús d'aquest suport va resultar ser efectiu com a material filtrant per al tractament d'aigua i suc de taronja, en un sistema de flux continu, eliminant la càrrega microbiana. L'aplicació d'aquest suport com a sistema de filtració presenta diversos avantatges com la seua capacitat de retenció microbiana, la reutilització de subproductes de la dacsa i, per tant, el seu respecte al medi ambient. No obstant això, seria necessari optimitzar el procés de filtrat per a evitar la freqüent obturació dels seus porus que va requerir diversos cicles de rentada durant el procés, així com establir un mètode de regeneració del material per a incrementar la seua vida útil. A més, aquest sistema va afectar el color del suc filtrat, que no es va mantenir constant durant el procés, la qual cosa suposa un important desavantatge que és necessari abordar. Com a segona aproximació, es va avaluar el potencial de la immobilització d'una molècula bioactiva sobre membranes de cel·lulosa, per a millorar la capacitat de retenció microbiana del material cel·lulòsic, així com permetre la seua reutilització. Els filtres de cel·lulosa funcionalitzats amb poliamines van demostrar ser eficaces en l'eliminació de patògens en aigua, a causa de les càrregues positives generades pels grups amina immobilitzats en la superfície de les membranes, que atrauen i retenen els bacteris carregats negativament. Donada la fàcil preparació i procediment d'ús de les membranes de cel·lulosa funcionalitzades amb poliamines, aquestes podrien ser considerades una bona opció per al desenvolupament de sistemes de tractament d'aigües in situ, ràpids, de fàcil maneig i de baix cost. El segon capítol descriu el desenvolupament i aplicació de partícules de sílice funcionalitzades amb compostos d'olis essencials, amb la finalitat de dissenyar coadjuvants de filtració amb activitat antimicrobiana. La filtració de diverses matrius alimentàries (aigua, cervesa i suc de poma) a través dels suports funcionalitzats amb els antimicrobians naturals va demostrar ser eficaç en la reducció del recompte del cep patogen Escherichia coli, així com enfront de la microflora endògena de la cervesa i el suc (bacteris àcid làctics, aerobis mesòfils, psicròfils, floridures i llevats). L'eficàcia en el control microbià es deu a la combinació de l'adsorció física i la inactivació per contacte amb els compostos d'olis essencials immobilitzats. A més, l'avaluació de les propietats fisicoquímiques i sensorials dels aliments líquids estudiats va demostrar un efecte poc significatiu, aquest depèn de la grandària de les partícules de sílice usades i de la molècula bioactiva immobilitzada. Per tant, el sistema de conserv / [EN] In the present doctoral thesis the use of new cellulosic and silica supports as filtering systems for the stabilization and preservation of liquid foods has been evaluated to overcome two major challenges of the beverage industry. On the one hand, avoid or minimize the changes in the nutritional, structural and organoleptic properties of food caused by traditional thermal pasteurization, and offer an alternative to the problem of low viability due to high investment/production costs when applying new non-thermal technologies. Therefore, this doctoral thesis focuses on the development and evaluation of a new non-thermal technology for the preservation of liquid foods based on filtration. The filtering systems have been developed from cellulosic and silica supports, non-modified or functionalized with antimicrobial compounds. In the first chapter, the use of cellulose materials as filtering supports for the treatment of liquid foods was evaluated. As first approximation, a porous nano-micro tubular material was developed from the extraction and delignification of the cellulosic material present in the corn stalk. The use of this support was effective as filtering material for the treatment of water and orange juice, in a continuous flow system, eliminating the microbial load. The application of this support as filtering system has several advantages, such as its microbial retention capacity, the reuse of corn by-products and, therefore, its respect for the environment. However, it would be necessary to optimize the filtering process to avoid the frequent clogging of its pores that required several washing cycles during the process, as well as to establish a method of material regeneration to increase its life. In addition, this system affected the color of the filtered juice, which did not remain constant during the process, representing an important disadvantage that must be addressed. As a second approach, the potential of the immobilization of a bioactive molecule on cellulose membranes was evaluated to improve the microbial retention capacity of the cellulosic material, as well as to allow its reuse. The cellulose filters functionalized with polyamines proved to be effective in eliminating pathogens in water, due to the positive charges generated by the amine groups immobilized on the surface of the membranes, which attract and retain the negatively charged bacteria. Given the easy preparation and usage of the polyamines-functionalized cellulose membranes, these could be considered a good option for the development of fast, easy to use and low cost in situ water treatment systems. The second chapter describes the development and application of silica particles functionalized with essential oil components to design filtering aids with antimicrobial activity. The filtration of various food matrices (water, beer and apple juice) through the supports functionalized with natural antimicrobials proved to be effective in reducing the load of the pathogenic strain Escherichia coli, as well as reducing the endogenous microflora of beer and the juice (lactic acid bacteria, mesophilic, psychrophilic, mold and yeast). The removal capability is due to the combination of physical adsorption and contact inactivation with the essential oil compounds immobilized. In addition, the evaluation of the physicochemical and sensory properties of the liquid foods studied showed a not significant effect, it depends on the size of the silica particles used and the immobilized bioactive molecule. Therefore, the proposed preservation system has a high potential for cold beverage pasteurization processes. / N. Peña-Gomez would like to thank for financial support in the frame of her PhD project to Operational Programme of the European Social Fund (ESF) 2014-2020, the Agencia Estatal de Investigación, Generalitat Valenciana and FEDER-EU (Projects RTI2018-101599-B-C21 and AGL2015-70235-C2-1-R). The authors also thank the Electronic Microscopy & Microanalysis Laboratory at Patras University for support. / Peña Gomez, N. (2020). Development of polymeric and silica filtering materials functionalized with antimicrobial compounds for the elimination of microorganisms in liquid food [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/137041 / Compendio

Porous covalent organic frameworks (COFs) enable the realisation of bespoke functional materials with molecular precision. Past research has focused on generating rigid frameworks where structural and optoelectronic properties are static. We have developed dynamic two-dimensional COFs that can open and close their pores upon uptake or removal of guests while fully retaining their crystalline long-range order. Constructing dynamic, yet crystalline and robust frameworks requires a well-controlled degree of flexibility. We have achieved this through a “wine rack” design where rigid π-stacked columns of perylene diimides (PDIs) are interconnected by non-stacked, flexible bridges. The resulting COFs show stepwise phase transformations between their respective contracted pore and open pore conformations with up to 40% increase in unit cell volume. Moreover, the variable geometry of dynamic COFs provides a handle for introducing stimuli-responsive optoelectronic properties. We illustrate this by demonstrating switchable optical absorption and emission characteristics, which approximate “null-aggregates” with monomer-like behaviour in the contracted COFs. Our findings reveal a general design strategy for dynamic 2D COFs and could offer a new route for realising stimuli-responsive optical, electronic, and spintronic materials.

Directed assembly of molecular solids continues to attract widespread interest with its fundamental application in a wide range of commercial settings where control of the crystalline state of materials corresponds with product performance. These arenas include pharmaceuticals, personal care formulations, foods, paints and pigments and explosives. In recent times, the assembly of multicomponent organic systems has achieved considerable impetus with the widespread interest in co-crystal systems. However, cogent assembly (or engineering) of multicomponent materials is still in its infancy. Considerable advances in crystal design have been made through consideration of intermolecular ‘synthons’ – identifiable motifs utilising hydrogen bonds – but the translation of other molecular information (conformation, chirality, etc.) into solid state properties (e.g. long-range (translational) symmetry, crystal chirality) remains poorly understood. In this study, we have attempted to evaluate the influence of a chiral centre adjacent to molecular synthons to identify potential translation of information into the solid form. We have compared the co-crystallisation of nicotinamide with both the racemic mixture of malic acid against that with an enantiomerically pure form of the acid (L-malic acid). As well as DL-phenyllactic acid and L-phenyllactic acid. iii It is apparent that recognition between enantiomeric molecular forms play a significant role in the assembly of these systems. This mechanism can be considered independently from the H-bonding networks supporting the hetero-molecular interactions (e.g. acid-amide recognition). Discrimination and control of such interactions may play a role in transmitting chiral molecular information into solid state multi-component assemblies. In order to develop an understanding of co-crystal formation in chiral and achiral forms with intermolecular interactions, the CSD and crystal structures were obtained to do the analysis of how co-crystals pack. This study has also investigated the use of boronic acids. The aim of this study was to investigate the modification of the hydrogen bonding environment within the hydrogen bonded multi-component systems of boroxines. The study also attempted to determine how the starting materials drive the systems between the boronic acid co-crystal and the boroxine adduct.

Directed assembly of molecular solids continues to attract widespread interest with its fundamental application in a wide range of commercial settings where control of the crystalline state of materials corresponds with product performance. These arenas include pharmaceuticals, personal care formulations, foods, paints and pigments and explosives. In recent times, the assembly of multicomponent organic systems has achieved considerable impetus with the widespread interest in co-crystal systems. However, cogent assembly (or engineering) of multicomponent materials is still in its infancy. Considerable advances in crystal design have been made through consideration of intermolecular ‘synthons’ – identifiable motifs utilising hydrogen bonds – but the translation of other molecular information (conformation, chirality, etc.) into solid state properties (e.g. long-range (translational) symmetry, crystal chirality) remains poorly understood. In this study, we have attempted to evaluate the influence of a chiral centre adjacent to molecular synthons to identify potential translation of information into the solid form. We have compared the co-crystallisation of nicotinamide with both the racemic mixture of malic acid against that with an enantiomerically pure form of the acid (L-malic acid). As well as DL-phenyllactic acid and L-phenyllactic acid. iii It is apparent that recognition between enantiomeric molecular forms play a significant role in the assembly of these systems. This mechanism can be considered independently from the H-bonding networks supporting the hetero-molecular interactions (e.g. acid-amide recognition). Discrimination and control of such interactions may play a role in transmitting chiral molecular information into solid state multi-component assemblies. In order to develop an understanding of co-crystal formation in chiral and achiral forms with intermolecular interactions, the CSD and crystal structures were obtained to do the analysis of how co-crystals pack. This study has also investigated the use of boronic acids. The aim of this study was to investigate the modification of the hydrogen bonding environment within the hydrogen bonded multi-component systems of boroxines. The study also attempted to determine how the starting materials drive the systems between the boronic acid co-crystal and the boroxine adduct.

Peptide fusion tags are fundamental for the identification, detection, and capture of proteins in biological assays. Commonly used peptide fusion tags rely on temporary non-covalent interactions for binding, which can put constraints on assay sensitivity. Here, peptide fusion tags were developed that could specifically interact with protein binding partners via spontaneous and irreversible isopeptide bond formation. To develop covalently interacting peptide-protein pairs, outer-membrane proteins from Gram-positive bacteria that form autocatalyzed intramolecular isopeptide bonds were dissected to generate a short peptide fragment and a protein binding partner. Initially, the major pilin subunit Spy0128 from Streptococcus pyogenes was split to develop the 16 residue isopeptag peptide and the 31 kDa pilin-C protein partner. The isopeptag:pilin-C pair were able to react via spontaneous isopeptide bond formation between an Asn residue in isopeptag and a Lys residue in pilin-C without the requirement for any accessory factors, and with a yield of 60% after a 72 hr reaction. Reconstitution between the isopeptag:pilin-C pair was robust and occurred under all biologically relevant conditions tested, and also in the complex environment of a bacterial cytosol and on the surface of mammalian cells. A similar approach was also used to dissect the small CnaB2 domain that is part of the large FbaB fibronectin-binding protein from S. pyogenes. This led to the development of a more efficient peptide-protein pair, which was rationally modified to generate the highly optimized SpyTag:SpyCatcher pair. SpyTag is a 13 amino acid peptide with a reactive Asp that forms a spontaneous intermolecular isopeptide bond with a Lys present in the 12 kDa SpyCatcher binding partner. In a reaction with SpyTag, over 40% of SpyCatcher was depleted after 1 min and SpyCatcher could no longer be detected after 2 hr. The SpyTag and SpyCatcher reaction did not require any accessory factors and proceeded efficiently at a range of biologically relevant temperatures, pH values, concentrations, buffer compositions, and in the presence of commonly used detergents. The SpyTag:SpyCatcher technology was also used for specific cell surface labelling on mammalian cell membranes. SpyTag and SpyCatcher are both composed of the regular 20 amino acids and can therefore be genetically encoded as fusion constructs for a variety of in vitro and in vivo applications. Potential applications of the SpyTag:SpyCatcher technology include specific cell surface labelling, the development of novel protein architectures, and the covalent and irreversible capture of target proteins in biological assays.

Le protéasome 26S est une macromolécule impliquée dans la dégradation de la majorité des protéines cellulaires. Parmi ces protéines, il y a les différents régulateurs de processus cruciaux tels que les protéines responsables de la progression du cycle cellulaire, de l’apoptose, des réponses inflammatoires, de l’activation de NF-B, de la présentation antigénique et de la différenciation cellulaire. Par conséquent, les inhibiteurs du protéasome sont des agents thérapeutiques dans des pathologies tels que le cancer, l’inflammation et les maladies auto-immunes. En effet, les inhibiteurs du protéasome sont connus pour induire la mort sélective des cellules cancéreuses tout en les rendant plus sensibles aux autres traitements anticancéreux existants (chimiothérapie, radiothérapie…). L’objectif de notre laboratoire est de développer des inhibiteurs non covalents du protéasome de structures peptidomimétiques fluorés ou non fluorés, et de montrer l’intérêt du fluor en chimie médicinale. Mon projet de thèse s’inscrit dans ce cadre. Dans un premier temps nous avons mis en évidence la grande diversité et la quantité des inhibiteurs du protéasome montrant ainsi l’importance de cette macromolécule comme cible dans le traitement du cancer. D’ailleurs, deux de ces inhibiteurs sont utilisés dans le traitement du myélome multiple et du lymphome du manteau et, plusieurs composés sont en études cliniques pour différents cancers. Nous avons aussi mis en évidence le bénéfice apporté par l’incorporation de groupement fluoré sur une molécule bioactive en particulier dans les structures peptidomimétiques. En revanche, ce rappel bibliographique a aussi montré que les peptidomimétiques contraints et fluorés sont peu décrits dans la littérature et le seul exemple à notre connaissance est l’analogue contraint et fluoré de la substance P contenant le motif (Z)-fluoroalcène.La deuxième partie de ces travaux de thèse s’est focalisée sur la conception, la synthèse et l’évaluation biologique d’inhibiteurs originaux du protéasome. Nous avons mis au point une synthèse facile et efficace de pseudopeptides possédant les motifs α et β-hydrazino acides et le motif β-hydrazino acide trifluorométhyle (schéma 1). Ces molécules inhibent de manière efficace le site CT-L du protéasome du lapin avec une IC50 de l’ordre du submicromolaire. Nous avons ainsi démontré que l’activité biologique est maintenue en remplaçant un α-amino acide par un scaffold α ou β-hydrazino acide. La pharmacomodulation effectuée autour de ces motifs nous a permis d’établir des relations structure-activité. Nous avons aussi mis au point un modèle de docking assez fiable qui va nous permettre de prédire le potentiel inhibiteur de nos futures molécules.Enfin, nous avons déterminé l’IC50 de nos molécules en utilisant la technique du FABS en RMN du 19F. Schéma1: voies d’accès aux peptidomimétiques contenant les motifs α et β-hydrazino acide et le motif β-hydrazino acide trifluorométhyl.Ces travaux de thèses ont été complétés par une méthodologie de synthèse portant sur le développement de nouveaux synthons contraints fluorés dans le but de les incorporer dans nos inhibiteurs de protéasome. Les cyclopropanes trifluorométhyles ont été obtenus en utilisant la réaction tandem de Michael, addition nucléophile suivie de cyclisation avec une excellente diastéréosélectivité pour certaines réactions. Les cyclopropanes obtenus ont été fonctionnalisés en amino acides ce qui faciliterait leur incorporation dans nos pseudopeptides. Les N-aminoaziridines fluorés ont été synthétisés à partir d’oléfines fluorés et de précurseurs de nitrène en présence de diacétate d’iodobenzène (PhI(OAc)2. L’incorporation de ces nouveaux scaffolds dans la structure de nos inhibiteurs de protéasome est en cours de réalisation dans le laboratoire. / The proteasome is a multicatalytic protease complex that is responsible for the ubiquitin-dependent turnover of cellular proteins. Proteasome substrates include misfolded or misassembled proteins as well as short-lived components of signaling cascades that regulate cell proliferation and survival pathways. Inhibition of the proteasome leads to an accumulation of substrate proteins and results in cell death. The proteasome consists of a 20S proteolytic core and two 19S regulatory caps that assemble with the core at either end to form a 26S complex. Clinical validation of the proteasome as a therapeutic target in oncology has been provided by bortezomib, a dipeptide boronic acid, which is approved for the treatment of patients with multiple myeloma1and mantle cell lymphoma. In the first part of my PhD, I designed (by the help of molecular modeling) and synthesized an original series of proteasome inhibitors introducing fluorinated peptidomimetics. Fluorine atom is able to favour hydrogen bond and to increase hydrophobicity and metabolic stability of the molecules. I also synthesized a series of non fluorinated peptidomimetics containing hydrazino acid moieties as proteasome inhibitors. Thereby, we designed and synthesized a library of 50 molecules that allowed us to establish a structure-activity relationship. The biological evaluation showed that half of these compounds have a micromolar IC50 (inhibitor concentration giving 50% inhibition). Then we decided to test the inhibitor activity of our synthesized molecules by 19F NMR using the FABS technique. So we developed a fluorine substrate for screening and determination of IC50 of our potential protéasome inhibitors. In order to increase the activity of our molecules and according to encouraging observation by molecular modelling, we decided to introduce constrained scaffolds such as trifluoromethyl cyclopropane or trifluoromethyl N-aminoaziridine scaffolds in our peptidomimetics structures. So we needed trifluoromethyl cyclopropane and trifluoromethyl N-aminoaziridine amino acids that could be easily incorporate in peptidic structure. To our knowledge there is no precedent on the synthesis of fluorinated N-aminoaziridines or trifluoromethyl cyclopropane β-amino acids which allowed us to develop a new synthesis methodology of these scaffolds. First, I synthesized different trifluoromethyl N-Aminoaziridine with several protective groups. The reaction of N-Aminoaziridine was performed in DCM with K2CO3 as base and (Diacetoxyiodo)benzene. For the synthesis of trifluomethyl cyclopropane β-amino acid, we used the cyclopropanation of Michael acceptors (tandem Michael Additions-Nucleophilic Cyclization (MA-NC)). Encouraged by this result and in order to develop different scaffolds trifluoromethyl cyclopropanes, we screened other nucleophiles. These scaffolds have been functionalized to amino acid in order to introduce it in peptidic structure.

L’avènement de la microscopie biphotonique et des techniques dites de « super-résolution » ont permis d’améliorer les performances de la microscopie de fluorescence et de l’appliquer à l’imagerie intravitale et à l’analyse des tissus biologiques. Ces techniques requièrent néanmoins l’emploi de sondes aux propriétés optiques et biologiques optimisées.Plusieurs séries de colorants cationiques basés sur le motif vinyl-triphénylamine (TP) ont été développés pour le marquage d’ADN. Ces fluorophores rouges ou jaunes dont l’émission de fluorescence est commutée par l’interaction avec l’ADN sont des ligands de petit sillon de l’hélice B et possèdent des sections efficaces d’absorption à deux photons élevées.Les TP marquent l’ADN du noyau des cellules fixées ou en apoptose avec une intensité et un contraste élevés. Elles sont non-cytotoxiques, photostables et sont perméables à la membrane cellulaire. L’optimisation des propriétés a permis d’obtenir la TP-2Bzim, qui possède une brillance biphotonique parmi les plus élevées rapportées dans la littérature pour des molécules de faible poids moléculaire (383 GM) et permet une détection en microscopie biphotonique à basse concentration et à faible puissance d’excitation. En cellules vivantes, les TP sont localisées dans les mitochondries mais, sous excitation mono- ou bi-photonique constante, elles déclenchent l’apoptose de la cellule et se relocalisent dans le noyau. Le phénomène peut être imagé par fluorescence, et les TP pourraient donc être employées comme photosensibilisateurs théranostiques.Enfin, une stratégie de synthèse pour fonctionnaliser la TP-2Bzim a été développée. Elle a ainsi pu être couplée à des oligonucléotides et à un PNA pour la détection d’hybridation par fluorescence et à l’acide folique et à la spermidine pour le ciblage de cellules cancéreuses. / Significant advances were made in the field of in vivo fluorescence imaging thanks to the recent development of biphotonic microscopy and super-resolution techniques, rendering intravital imaging and biological tissues analysis possible. Those techniques however require the use of new probes with optimized optical and biological properties.Several series of cationic dyes for DNA staining were developed based on the vinyl-triphenylamine (TP) scaffold. Those new switchable yellow or red fluorophores bind in the minor-groove of DNA and display high two-photon absorption cross-sections. Two anionic derivatives were also designed for staining HSA.In fixed or apoptotic cells, the cationic dyes stain nuclear DNA with a high brightness and contrast. They are non-cytotoxic, photostable and cell permeant. The molecule with the most optimized properties, TP-2Bzim, has one of the highest two-photon brightness to date (383 GM in DNA), allowing sensible detection in biphotonic microscopy at low concentration and excitation power. In live cells, the dyes are localized in the mitochondria, but it appears that upon constant mono- or bi-photonic excitation they trigger cell apoptosis within a few minutes and are released in the nucleus. Since the phenomenon can be imaged by fluorescence microscopy, the TP dyes could thus be used as photosensitizers for theranostics.A synthetic pathway was also developed to functionalize the TP-2Bzim. It was then coupled by “click-chemistry” to short oligonucleotides or PNA sequences for fluorescence in situ hybridization, and to folic acid and spermidine for cancer cells targeting.

Cette thèse explore l’utilisation des principes de la chimie supramoléculaire afin de fabriquer des dispositifs senseurs de gaz novateurs et à haute performance, avec une lecture (opto)-électronique. Parmi les différentes sections, divers échafaudages tels que des réseaux hybrides bi- et tridimensionnels de particules d’or et des nanofibres supramoléculaires sont utilisés comme matériaux actifs pour la détection quantitative de l’humidité. Au sein de la dernière section, des couches 2D d’oxyde de graphène sont fabriquées par exposition à un laser IR, puis comme validation de principe, exploitées comme matériau actif pour la détection d’ozone à une concentration ppm. Chacun des échafauds présentés est basé sur un mécanisme de transduction différent, mais dans tous les cas, les interactions entre récepteurs et analytes sont basés sur des liaisons dynamiques non covalentes. / This thesis explores the use of supramolecular chemistry principles to fabricate novel and high performances gas sensing devices, featuring (opto)-electronic readouts. Within the different sections, diverse scaffolds such as 2D and 3D hybrid networks of gold nanoparticles and 1D supramolecular nanofibers are exploited as active materials for the quantitative detection of environmental humidity. In the last section, 2D layers of reduced graphene oxide are fabricated by IR laser exposure and, as a proof-of-concept application, they are exploited as active materials for the detection of ozone in ppm concentration. Each of the presented scaffolds rely on a different transduction mechanism but, in all the cases, the interactions between the receptors and the analytes are based on dynamic non-covalent bonds.

Le contrôle de la viscosité des lubrifiants moteur est un enjeu clé dans la réduction de la consommation en carburant des moteurs thermiques. Une nouvelle approche basée sur l’utilisation de polymères thermo-associatifs a été développée pour diminuer la perte de viscosité naturelle des lubrifiants avec la température. Pour ce faire, des polymères complémentaires de faibles masses molaires (pour l’application moteur visée) qui peuvent s’associer réversiblement via la réaction d’échange diol-ester boronique lorsque la température augmente ont été conçus et synthétisés. Les faibles masses molaires des polymères et le caractère dynamique de la liaison ester boronique permettent de diminuer la sensibilité de ces systèmes aux forts cisaillements présents dans le moteur, en limitant notamment la rhéofluidification de ces lubrifiants. L’association des polymères est provoquée par l’augmentation d’accessibilité des fonctions portées par les polymères avec la température. L’association réversible des polymères thermo-associatifs a été mise en évidence dans les huiles apolaires par l’augmentation de la viscosité relative des solutions avec la température sur plusieurs cycles de chauffage-refroidissement. Une partie de l’étude a été consacrée à l’amélioration de la stabilité thermique des polymères dans le but de maintenir les bonnes propriétés lubrifiantes des formulations jusqu’à 150°C. Un grand nombre de polymères de natures, de tailles et d’architectures différentes ont été synthétisés. L’étude rhéologique en écoulement de ces polymères seuls et en formulations thermo-associatives a permis de mettre en évidence l’importance de ces différents leviers pour faire varier et contrôler les propriétés des solutions en fonction de la température. / Controlling the viscosity of engine lubricants is a key issue to reduce the fuel consumption of engines. A new approach based on the use of thermo-associative polymers has been developed in order to compensate the natural loss of viscosity of lubricants when the temperature increases. To this aim, complementary low molecular weight polymers (for engine targeted application) that can reversibly associate with temperature through the diol-boronic ester exchange reaction have been designed and synthesized. The low molecular weights of the polymers and the dynamic behavior of the boronic ester bond decrease the high shear sensitivity of the system and so limits the shear-thinning behavior of the lubricant. The increase of polymeric function availability as the temperature rises induces polymer association. The reversibility of the thermo-associative association of polymers in non polar oil is seen over several cycles of warming-cooling with the increase of the relative viscosity of the solutions with increasing temperature. Part of the study was also dedicated to the improvement of polymers’ thermal stability in order to maintain the good lubricant properties of the thermo-associative formulations up to 150°C. Many polymers of different natures, sizes and topologies have been synthesized. The flow behavior of these polymers in both individual state in solution or in thermo-associative formulations was studied by rheology, thus enabling to determine the impact of these levers on the solutions properties as a function of temperature.

Le but de ce travail a été d’élaborer des nanoparticules magnétiques (MNPs) fonctionnalisées avec un groupement maléimide, stables, dispersibles dans l’eau et qui assureront une immobilisation covalente,sélective et efficace de biomolécules. Bien qu’un large choix de MNPs soit disponible dans le commerce, lamodification chimique de surface des MNPs reste une étape indispensable pour l’élaboration de matériauxspécifiques. Un contrôle précis de la fonctionnalisation de surface des MNPs est crucial, car en découlentleurs propriétés physico-chimiques, leur stabilité colloïdale, et la préservation de l’activité biologique de labiomolécule immobilisée. Dans ce travail, nous proposons d’augmenter le nombre de groupes fonctionnels(maléimide) accessibles à la surface de MNPs, en la modifiant par des agents de couplage dendritiques. Deuxtypes de MNPs coeur-écorce de 300 nm (avec un noyau de γ-Fe2O3 et une écorce de polymère ou de silice)ont été utilisés. Afin d’étudier l’effet «dendritique» sur la fonctionnalisation de surface, trois types d’agentsde couplage ont été conçus: des agents de couplage linéaires (contenant un groupe maléimide), des agents decouplage dendritiques à deux branches (contenant deux groupes maléimide) et des agents de couplagedendritiques à quatre branches (contenant quatre groupes maléimide). L’efficacité de ces MNPsfonctionnalisées pour immobiliser des biomolécules ou des modèles de biomolécules a été étudiée. Cetteétude a démontré l’intérêt de la fonctionnalisation de la surface des MNPs coeur-écorce par des structuresdendritiques pour une immobilisation efficace et spécifique de biomolécules. / The purpose of this work is to design stable, water-dispersible, maleimide functionalized magneticnanoparticles (MNPs) that will ensure selective covalent immobilization of biomolecules. While, a largechoice of MNPs is now commercially available, the surface modification of MNPs remains an indispensablestep in the elaboration of such MNPs. A precise control over the surface functionalization of MNPs iscrucial, because it governs their physicochemical properties, their colloidal stability, and their biologicalbehaviour. In this work with the aim to increase the number of functional groups on MNPs’ surfaces, it wasproposed to functionalize MNPs with dendritic coupling agents and to compare their efficiency with thosefunctionalized with a linear analogue. Moreover, it was decided to investigate the “dendritic effect” of thesurface functionalization on two types of core-shell MNPs (300 nm) that consist of a maghemite (γ-Fe2O3)ferrofluid core coated with: (I) polymer shell or (II) silica shell. Therefore, three types of coupling agents(that possess an amino or silane anchoring site) were synthesized: linear coupling agents (containing onemaleimide functional group); two-branched coupling agents (containing two maleimide functional groups)and four-branched dendritic coupling agents (containing four maleimide functional groups). Then, thecapacity of MNPs functionalized with dendritic or linear coupling agents to immobilize biomolecules ormodels of biomolecules was investigated. This study proved the efficiency of the surface functionalizationwith dendritic structures for the immobilization of biomolecules.