An apparatus is described that can determine electrophoretic mobilities of polar and non-polar colloidal dispersions down to -12 2 10 msV -1 -1 with typical resolutions of 0.5 to 5%, depending on the nature of the dispersion being studied. The diffusion coefficient and settling/convection velocity of the sample may be determined simultaneously in real time with the electrophoretic mobility. The technique, phase analysis light scattering (PALSY, is based upon classical laser-Doppler electrophoresis, but employs signal processing of the time domain phase information within the scattered light signal, rather than analysis of its frequency spectrum. This allows much smaller electric field strengths to be employed, thereby alleviating the usual heating problems associated with electrophoretic studies of non-polar dispersions. PALS measurements of typical aqueous latex dispersions with large mobilities and non-polar dispersions with very small mobilities (down to 5x 10_12 m2 s-1 V-1) are presented to illustrate the versatility of the technique.

No description available.

Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse s'inscrivent dans la suite des travaux réalisés par l'INL (Institut des Nanotechnologies de Lyon) sur les résonateurs optiques à base de cristaux photoniques membranaires pour la réalisation de composants actifs ou passifs intégrés sur silicium. Ces travaux se concentrent particulièrement sur le contrôle des propriétés de propagation des modes et des résonances guidés s'établissant dans les cristaux photoniques membranaires. Ils s'appuient notamment sur la nature partiellement ou totalement guidée de ces modes, ainsi que des propriétés de symétrie des structures (ou au contraire de dissymétrie) afin de pouvoir générer des dispersions photoniques à la demande. En effet, le contrôle des propriétés spectro-spatiales est primordiale à la réalisation de composants photoniques efficients. Par exemple l'établissement d'un régime d'émission laser dans un cristal photonique membranaire passe par un contrôle minutieux des propriétés temporelles de la résonance (fort facteur de qualité) mais aussi spatiales (fort ralentissement de la lumière) afin de pouvoir générer des densités d'états photoniques suffisamment importantes. Ainsi, de nombreuses stratégies de contrôle ont été mises en place durant les années 2000, permettant l'établissement d'un régime laser dans des structures diverses. Néanmoins, si les méthodes de fabrication et la maîtrise dans la conception de ces structures se sont améliorées au fil de leur développement, ces dispositifs restent difficilement compétitifs face à d'autres technologies. Démontrer la versatilité de ces structures par l'ajout de fonctionnalités tels que le \emph{beam steering} ou d'autres capacités serait alors une véritable plus-value. Récemment, de nouvelles stratégies de contrôle de la lumière ont émergé. Ces stratégies se basent sur une approche totalement différente des procédés de contrôle habituels. Ainsi, on peut citer les nouveaux phénomènes de localisation de la lumière basés sur des procédés inédits de découplage de la lumière du continuum radiatif, ou des dispersions en cône de Dirac qui pourraient permettre la réalisation de composants originaux tels que des lasers mono-modes à grande surface active. Ces nouveaux phénomènes permettent d'envisager d'autres approches pour la réalisation de lasers à cristaux photoniques et pourraient apporter les nouvelles fonctionnalités recherchées. Parallèlement, l'utilisation de membranes photoniques multi-modes reste encore peu répandue dans la littérature. L'utilisation conjointe de modes d'ordres différents offre pourtant des possibilités supplémentaires dans le contrôle des propriétés de propagation de la lumière dans les cristaux photoniques membranaires. Ce contrôle supplémentaire peut se traduire par des capacités de ralentissement de la lumière accrues ou par la réalisation de dispersions plus exotiques. Le but de cette thèse est alors de mettre en place les briques conceptuelles nécessaires à la génération de ces dispersions particulières. Pour cela, un modèle théorique permettant d'appréhender les dynamiques de couplage opérant dans les cristaux photoniques membranaires étudiés est mis en place. Ce modèle est ensuite confronté aux résultats de simulation ainsi qu'aux caractérisations optiques des structures fabriquées. En parallèle, une étude prospective des applications possibles est menée pour chacune des dispersions générées. / Work carried out in this thesis is part of the overall work done at INL on optical resonators based on photonic crystals for the design of passive as well as active components integrated on silicon chips. These works especially focus on spectral properties and propagation control of guided modes and resonances settled in photonic crystal slabs. They rely partly on the guided nature of these modes as well as their symmetry properties to generate on-demand photonic dispersions. Indeed, control of the spectro-spatial properties is overriding for the design of efficient photonic components. For instance, obtaining a laser effect with a photonic crystal requires a precise control of both spectral properties (high quality factor) and spatial ones (high light slow-down) so that large photonic densities of states are achieved. Thereby, numerous strategies of control have been developed during the 2000s, allowing a laser effect to occur with various structures. Nonetheless, despite both manufacture and design qualities have been improved, these components still remain hardly competitive compared to other technologies. Demonstrating the versatility of these structures by achieving novel functionalities like beam steering or other capacities would be a real betterment. Recently, new strategies to control light using photonic crystals have been discovered. These strategies are based on completely new phenomena. For instance, new possibilities to localize light based on novel light decoupling processes from the continuum have arisen and Dirac cone dispersions could allow the formation of monomode larger-area photonic crystal lasers. These new phenomena enabled to consider new approaches to design photonic crystal laser that could lead to the novel functionalities sought. In parallel, the use of multimode photonic membranes still remains uncommon in the literature. The use of several guided orders gives additional possibilities to the control of light propagation within photonic crystal membrane thought. This additional control can lead to improved slowing-down capabilities or exotic dispersion generation. The goal of this thesis is to set up the fundamental blocks on which these particular dispersions are based on. In this purpose, a theoretical model allowing apprehending the coupling dynamic occurring in photonic crystal membranes is established. Then, this model is compared to simulation results and experimental characterizations of the manufactured structures.

No description available.

The purpose of this study was to investigate the formation of solid molecular dispersions of Itraconazole (ITZ) in a number of glassy polymers including PVP, crospovidone, PVP-EC, HPMCAS and HPMCAS-PEO to enhance its dissolution and achieve release control. Polarizing light microscopy was found to be more sensitive than DSC and XRD for detecting crystallinity. PVP, PVP-EC & crospovidone generated loading levels of ~20%, substantially greater than that of HPMCAS and HPMCAS-PEO (5%). The loaded ITZ was stabilized though molecular interactions with the polymer and reduced molecular mobility in a glassy polymer matrix. Overall, immediate release was achieve d using PVP and crospovidone, enteric delivery provided by HPMCAS, and controlled release generated with EC and PEO. Among all polymers studied, only ITZ in PVP failed to generate sufficient stability in the presence of moisture. In general, solid molecular dispersion is a useful approach to improve the poor solubility and bioavailability of Itraconazole.

The purpose of this study was to investigate the formation of solid molecular dispersions of Itraconazole (ITZ) in a number of glassy polymers including PVP, crospovidone, PVP-EC, HPMCAS and HPMCAS-PEO to enhance its dissolution and achieve release control. Polarizing light microscopy was found to be more sensitive than DSC and XRD for detecting crystallinity. PVP, PVP-EC & crospovidone generated loading levels of ~20%, substantially greater than that of HPMCAS and HPMCAS-PEO (5%). The loaded ITZ was stabilized though molecular interactions with the polymer and reduced molecular mobility in a glassy polymer matrix. Overall, immediate release was achieve d using PVP and crospovidone, enteric delivery provided by HPMCAS, and controlled release generated with EC and PEO. Among all polymers studied, only ITZ in PVP failed to generate sufficient stability in the presence of moisture. In general, solid molecular dispersion is a useful approach to improve the poor solubility and bioavailability of Itraconazole.

L’amélioration de la solubilité des principes actifs peu solubles est devenue l’un des principaux challenges de l’industrie pharmaceutique. Bien que présentant une structure chimique potentiellement idéale pour interagir avec la cible, elles échouent dans l’efficacité in vivo : après administration, elles ne peuvent se dissoudre dans les milieux aqueux biologiques et par conséquent ne peuvent être transportées sur leur site d’action pour atteindre la concentration efficace, amenant à un échec thérapeutique. De nombreuses stratégies très intéressantes ont été proposées pour surmonter ce sérieux obstacle.Les dispersions solides sont étudiées depuis plus de 40 ans et ont conduit à de très nombreuses publications mais jusqu’à aujourd’hui peu de produits ont été commercialisés principalement pour des raisons de stabilité physico-chimique. Celles-ci ont pour but de présenter le principe actif sous sa forme amorphe : cette dernière présentant un état d’énergie plus élevé et par conséquent une solubilisation facilitée. Dans le même temps, le système doit rester stable durant le stockage, ainsi la recristallisation ou tout autre changement entraînant une modification du profil de libération doivent être évités. Différentes techniques de production peuvent être utilisées pour préparer ce genre de systèmes polymériques tels que l’extrusion en phase chauffante ou l’atomisation-séchage. Le principal objectif de ce travail a été d’améliorer la solubilité des principes actifs peu solubles par formation de dispersions solides utilisant les deux techniques les plus utilisées : l’extrusion en phase chauffante et l’atomisation-séchage. Dans cette étude, le kétoprofène a été incorporé dans des matrices polymériques hydrophiles pour augmenter sa solubilité apparente. Les deux techniques ont été employées et l’Eudragit® E a été considéré comme une matrice intéressante pour plusieurs raisons : c’est un polymère thermoplastique, offrant une stabilité thermique suffisante pour l’extrusion en phase chauffante, il se dissout rapidement en milieu acide et peut interagir avec les groupements acides de par ses nombreux azotes ternaires. Des mélanges binaires « principe actif – Eudragit®E » ainsi que des mélanges ternaires « principe actif – Eudragit®E - PVP », « principe actif – Eudragit®E - PVPVA », « principe actif – Eudragit®E - HPMC » ont été étudiés et caractérisés Les systèmes obtenus ont été caractérisés par macro/microscopie optique, microscopie électronique à balayage, diffraction laser, analyse calorimétrique différentielle modulée, diffraction des rayons X et l’étude du profil de libération in vitro en milieu acide (HCl 0.1M). Les libérations ont été intentionnellement réalisées en condition « non sink » afin d'évaluer le potentiel des formulations à produire des solutions sur-saturées et la durée de ces dernières. Tous les systèmes présentent un profil de libération du kétoprofène beaucoup plus rapide comparé au produit commercial et à la dissolution du principe actif pur. De plus, des solutions sur-saturées peuvent être obtenues et restent stables au moins 2 h. Cependant, en fonction des polymères utilisés, différents profils de libération ont été obtenus indiquant que l’utilisation de matrices polymériques pour l’accélération de la libération de principes actifs peu solubles peut être très complexe puisqu’elle n’est pas seulement influencée par la composition du système mais aussi potentiellement par leur structure interne et notamment par l’homogénéité/hétérogénéité de la distribution des excipients.[...]. / Poor aqueous solubility has become a property of numerous new drug candidates causing major concern. Despite a potentially ideal chemical structure allowing for interaction with the target, these substances fail to be effective in vivo: upon administration, they cannot dissolve sufficiently in the aqueous fluids of the body and, thus, cannot be transported to their site of action to reach therapeutically effective concentrations. Various interesting strategies have been proposed to overcome this crucial hurdle.Solid dispersions have been studied for more than 40 years and lead to numerous interesting research articles. However, today, only a few products have reached the market principally due to problems with the physico-chemical stability. The idea is to transform the crystalline raw material into a physical state having a greater energy in order to increase the driving force for drug dissolution. At the same time, the system should be stable during long term storage, thus, re-crystallization or other system changes, resulting in altered drug release rates, must be avoided. Different manufacturing techniques can be used to prepare such polymeric drug delivery systems, including hot-melt extrusion and spray-drying.The main objective of this work has been to improve drug solubility by forming solid dispersions using the two most employed techniques: hot-melt extrusion and spray-drying. In this study ketoprofen has been incorporated into hydrophilic polymeric matrices to increase its apparent aqueous solubility. Both techniques have been applied and Eudragit® E has been considered to be an interesting matrix former in this case, as it is thermoplastic, provides sufficient thermal stability for hot-melt extrusion, rapidly dissolves at acidic pH and can interact with acidic drugs due to its multiple tertiary ammonium groups. Binary “drug-Eudragit®E” as well as ternary “drug-Eudragit®E-PVP”, “drug-Eudragit®E-PVPVA”, “drug-Eudragit®E-HPMC” combinations were investigated and characterized using X-ray diffraction, mDSC, SEM, optical macro/microscopy, and drug release measurements in 0.1 M HCl before and after storage. Drug release has been intentionally monitored under non-sink conditions, in order to evaluate the potential of the formulations to provide super-saturated solutions and the life-time of the latter. In all cases ketoprofen release was much faster compared to a commercially available product and the dissolution of the drug powder (as received). More important, super-saturated solutions could have been obtained, which were stable for at least 2 h. [...]

No description available.

Pullulan is an exopolysaccharide secreted extracellularly by the black yeast-like fungi Aureobasidium pullulans. Due to an alpha-(1-->6) linked maltotriose repeat unit, which interferes with hydrogen bonding and crystallization, pullulan is completely water soluble unlike cellulose. It has also been tested and shown to possess non-toxic, biodegradable, non-mutagenic and non-carcinogenic properties. Chemical modification of polysaccharides to increased hydrophobicity and increase functionality has shown great promise in drug delivery systems. Particularly in amorphous solid dispersion (ASD) formulations, hydrophobicity increases miscibility with hydrophobic, crystalline drugs and carboxy functionality provides stabilization with drug moieties and well as pH specific release. Successful synthesis of cellulose w-carboxyalkanoates have been reported and showed great promise as ASD polymers based on their ability to retard the recrystallization of the HIV drug ritonavir and antibacterial clarithromycin. However, these cellulose derivatives have limitations due to their limited water solubility. Natural pullulan is water-soluble and modification with w-carboxyalkanoate groups would provide a unique set of derivatives with increased solubility therefore stronger polymer-drug interactions in solution. We have successfully prepared novel pullulan w-carboxyalkanoates, which exhibit good solubility in polar aprotic and polar protic solvents. All derivatives exhibit high thermal stability and most recorded high glass transition temperatures. Due to unknown impact of their three dimensional structure on miscibility and stabilization of drug against crystallization, each of these polymers possesses great potential for use in various drug delivery applications. / Master of Science

Les suspensions colloïdales se trouvent un peu partout autour de nous, dans les matériauxde constructions, en cosmétique, dans l'alimentation, en biologie. Elles sont composésde particules nanométriques ou micrométriques dispersés dans un gaz, un liquide ou unsolide.Cette thèse porte sur les suspensions colloïdales dans des solutions ioniques,où les colloïdes portent une charge électriques, par exemple des particules de silicedans une solution aqueuse de chlorure de sodium, à un pH basique. Les colloïdes,ici approximés par des sphères, peuvent varier significativement en taille,ce qui peut avoir un effet important sur le comportement de ces systèmes.Cette étude vise à améliorer la compréhension de ces suspensions colloïdales chargéespar des modèles théoriques résolus par des simulations numériques.Un des défis de ces simulations est le grand nombre de degrés de libertés. Pour chaque(micro-)ion il y a des centaines de molécules de solvant, et pour chaque colloïdedes centaines voire des milliers d'ions. Pour s'en sortir, nous avons calculéles interactions effectives à l'échelle colloïdale. Nous avons repris et développéplusieurs approches, présentant chacune un compromis en terme de temps de calcul etprécision.La variation en taille des colloïdes peut introduire des effets intéressants,observés expérimentalement, notamment le fractionnement des suspensions en plusieursphases cristallines quand on augmente la concentration en colloïdes.Des techniques de simulations Monte-Carlo simples associées aux interactions inter-colloïdescalculées précédemment ont permis d'obtenir des résultats en bon accord avec l'expérience. / Colloidal suspensions are found a bit everywhere around us, in construction materials,in cosmetics, in food, in biology. They are composed of nanometric or micrometric particlesdispersed in a gas, a liquid or sometimes a solid.This thesis is about colloidal suspensions in ionic solutions, where colloids bear anelectric charge, for example silica particles in an aqueous solution of sodium chloride,at a basic pH. The colloids, here approximated by spheres, can vary significantly in size,which can have an important effect on the behavior of these systems.This study aims at improving the understanding of these charged colloidal suspensionsby theoretical models solved by numerical simulations.of these charged colloidal suspensionsby theoretical models solved by numerical simulations.One of the challenge of theses simulations is the huge number of degrees of freedom.For each (micro-)ion there is hundreds of solvent molecules, and for each colloidthere is hundreds if not thousands of ions. To get away with it, we calculated theeffective interactions at the colloidal scale. We took and developed several approaches,each showing a trade-off in terms of computational time and accuracy.The size variation of colloids may introduce interesting effects, experimentallyobserved, notably the fractionation of suspensions in several crystalline phaseswhen the colloidal concentration is increased. Some simple Monte-Carlo simulationtechniques in combination with the inter-colloid interactions computed previouslyallowed us to obtain results in good agreement with experiments.