Encapsulation of biomolecules is of great interest to research advances related to biology, physiology, immunology, and biochemistry, as well as industrial and biomedical applications such as drug delivery, biocatalysis, biofuel, food and cosmetics. Encapsulation provides functional characteristics that are not fulfilled by free biomolecules and stabilizes the fragile biomolecules. In terms of biocatalysis, solid support can often enhance the stability of enzymes, as well as facilitate separation and recovery for reuse while maintaining activity and selectivity. Various kinds of materials have been used for encapsulation of biomolecules, among which, porous materials are an important group. Metal-organic frameworks (MOFs) have attracted much attention and emerged as a new generation of highly porous functional materials with potential in a variety of fields such as gas separation and storage, catalysis, sensors and biomedical applications. Their structural versatility and amenability to be designed with specific functionality, together with their extra-large surface areas confer them a special place amongst traditional porous materials. In particular, because ligands can be designed with particular organic functional groups for specific interactions with biomolecules, they are attractive in the stabilization and retention of enzyme/proteins for biomedical or biocatalysis applications. With enlarged pore sizes, mesoporous (pore sizes in the range of 2 to 50 nm) MOFs are of great interest in the encapsulation of proteins. In this dissertation, I am focusing on the encapsulation of biomolecules into mesoporous MOFs (mesoMOFs) to estabilish the biomolecules@mesoMOF platform, including synthesis, characterization and mechanistic studies of a series of novel biomolecules@mesoMOF materials, and to develop the biomolecule@mesoMOFs platform for various applications.

Cette thèse présente divers dispositifs fonctionnant sur le principe de la microfluidique diphasique et dédiés aux analyses biologiques.<br /> Dans une première partie, nous décrivons la conception d'un système permettant d'effectuer en flux et sans contamination la réaction de PCR dans des microgouttes transportées par une huile immiscible. Cette étude a débouché sur une plateforme automatisée au débit théorique de 3000 échantillons par jour, égalant les systèmes actuels avec une consommation 50 fois moindre en réactifs.<br /> Dans les parties suivantes, nous présentons deux nouvelles idées pour la manipulation d'objets en microfluidique digitale : l'utilisation de phénomènes hydrodynamiques pour encapsuler des cellules uniques dans des microgouttes et les trier, et l'application de champs électriques pour induire mélange et coalescence de gouttes aqueuses. La combinaison de ces deux méthodes au sein d'une même puce est le premier pas vers un système intégré d'analyse de cellules uniques.

La technologie de la microencapsulation comprend généralement deux procédés : les procédés de production de microgouttes/microémulsions et les procédés de leur encapsulation. A cause de difficultés de calibrer la taille de microgouttes, des microcapsules ont souvent une grande dispersion sur leur taille. La technologie microfluidique permet d'améliorer la monodispersité de microcapsules.<br />Cette thèse a pour objet la conception et la réalisation d'un système microfluidique pour la production de gouttes calibrées et leur encapsulation. La contribution de cette thèse consiste en trois aspects : le premier concerne les effets géométriques sur la formation de goutte ; le deuxième concerne la dynamique des écoulements, le comportement d'écoulement laminaire, les propriétés physico-chimiques des couples diphasiques sur la taille de gouttes, les lois corrélant la taille de gouttes. Troisièmement, un système microfluidique est conçu dans lequel le procédé complet de la microencapsulation est réalisé pour la fabrication de microcapsules monodisperses. Les perspectives d'applications sont nombreuses.

L'objectif de ce travail est la conception et la réalisation d'un Système de Gestion de Base de Données Relationnel (SGBDR) intégrant les concepts et la technologie "objets". Le principe de notre approche est d'étendre les domaines relationnels aux types abstraits (ADT) et revient à coupler de façon relativement faible les concepts et mécanismes objets au modèle et à un système relationnels. Cela introduit des problèmes de modélisation et d'optimisation nouveaux qui restent à étudier. Dans un premier temps, le modèle de données et les caractéristiques de l'extension sont définis. La notion de type abstrait est introduite pour exprimer de nouveaux domaines : un ADT définit une structure de données et un ensemble de méthodes (fonctions) qui constituent son unique interface de manipulation. Un mécanisme d'héritage simple est offert. Des constructeurs sont disponibles pour définir la structure de données d'un type ; on introduit ainsi la notion d'objet complexe. Le concept de partage, associé à l'identité d'objet, est un apport important de ce travail. Le langage associé au modèle est une extension de SQL appelée ESQL ; le langage d'écriture des méthodes actuellement disponible est une extension de C. La mise en oeuvre d'un tel système consiste à développer les composants nécessaires au support d'objets et à les intégrer à un noyau de SGBDR existant. Elle permet de mettre en évidence trois modules principaux. Le gestionnaire de types est un complément du gestionnaire de catalogue relationnel qui gère les définitions d'ADT. Le gestionnaire de méthodes regroupe un ensemble de fonctions allant de la compilation à l'exécution. Le gestionnaire d'objets assure le stockage et la manipulation des objets complexes (instances d'ADT) ; cette partie à notamment permis d'étudier des techniques évoluées de stockage d'objets.

Aujourd'hui, la transplantation est le seul traitement efficace proposé aux patients souffrant d'une insuffisance hépatique aiguë ou fulminante. La pénurie actuelle de greffons se traduit par un taux de mortalité élevé chez les patients en attente urgente d'un organe. La nécessité de disposer d'un système de suppléance hépatique transitoire apparaît donc primordiale. Un organe bioartificiel exploitant les performances potentielles de cellules (hépatocytes dans le cas d'un foie bioartificiel) permettrait de suppléer le large éventail de ses fonctions métaboliques. Notre équipe propose le concept d'un bioréacteur à lit fluidisé contenant des hépatocytes, issus de la lignée cellulaire humaine C3a, immobilisés dans des billes d'alginate. Dans ce travail l'objectif a été d'analyser le fonctionnement du système de suppléance hépatique extracorporel par la mise en place d'un modèle in vitro se rapprochant au mieux de la situation in vivo. La présence de cellules au sein des billes d'alginate n'a pas d'influence sur le comportement global du lit fluidisé alors que l'emploi de plasma, de masse volumique proche des billes, peut engendrer une instabilité. Ensuite, l'organisation, la viabilité et les fonctionnalités (synthèse d'albumine, production d'urée et capacité d'élimination de l'ammoniac) des hépatocytes à l'intérieur des billes d'alginate ont été étudiés en conditions statiques et dynamiques. Dans le bioréacteur, les hépatocytes gardent leurs pleines potentialités. Pour l'urée, l'encapsulation semble améliorer le métabolisme. Il apparaît que la sortie de l'albumine des billes est améliorée par la fluidisation. Enfin, nous avons montré que les contraintes dans le bioréacteur ne provoque qu'une faible altération des propriétés mécaniques des billes après 6 heures d'utilisation. Au vu des fonctions métaboliques assumées par les hépatocytes C3a encapsulés dans des billes d'alginate, l'emploi de ce dispositif en vue d'une suppléance hépatique pourra être envisagé.

<p>Due to its close tissue-equivalence, high radiation sensitivity, dose and dose-rate linearity, diamond is a very promising detector for radiation therapy applications. The present thesis focuses on the development of a chemical vapour deposited (CVD) diamond detector with special attention on the arrangement of the electrodes and encapsulation having minimal influence on the measured signal. Several prototype detectors were designed by using CVD-diamond substrates with attached silver electrodes.</p><p>Interface effects in the electrode-diamond-electrode structure are investigated using the Monte Carlo (MC) code PENELOPE. The studies cover a wide range of electrode and diamond thicknesses, electrode materials and photon beam energies. An appreciable enhancement of the absorbed dose to diamond was found for high-Z electrodes. The influence of the electrodes diminishes with decreasing atomic number difference and layer thickness, so that from this point of view thin graphite electrodes would be ideal. The effect of encapsulation, cable and electrical connections on the detector response is also addressed employing MC techniques. For Co-60, 6 and 18 MV photon beam qualities it is shown that the prototypes exhibit energy and directional dependence of about 3% and 2%, respectively. By modifying the geometry and using graphite electrodes the dependencies are reduced to 1%.</p><p>Although experimental studies disclose some limitations of the prototypes (high leakage current, priming effect and slow signal stabilisation), diamonds of higher quality, suitable for dosimetry, can be produced with better-controlled CVD process. With good crystals and a well-designed encapsulation, the CVD-diamond detector could become competitive for routine dosimetry. It is then important for correct dose determination to use a collision stopping power for diamond incorporating proper mean excitation energy and density-effect corrections. A new mean excitation energy of 88 eV has been calculated.</p>

Ce travail de thèse porte sur l'encapsulation du β-carotène (βC) dans des nanocapsules lipidiques (NCLs) formulées avec des constituants de grade alimentaire, afin d'augmenter sa biodisponibilité. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, in vitro, que les NCLs étaient dégradées par l'association de sels biliaires et d'enzymes pancréatiques. La déstabilisation des NCLs pourrait rendre le βC accessible à l'absorption grâce à son inclusion dans des structures de type micellaire. Dans un deuxième temps, la modélisation des propriétés rhéologiques et électriques de l'interface des NCLs a été réalisée par tensiométrie et zétamétrie. Ces études ont montré que l'encapsulation du βC n'avait pas d'impact sur les propriétés rhéologiques et électrophorétiques de l'interface. Une étude sur matrice modèle (émulsion alimentaire complexe) a montré que l'inclusion du βC dans les NCLs protégeait le βC et augmentait ses propriétés antioxydantes. Enfin, des études in vivo chez le rat ont souligné que l'encapsulation d'un composé radiomarqué lipophile augmentait son absorption intestinale. Ce système devrait par conséquent augmenter la biodisponibilité du βC grâce à sa solubilisation dans le coeur lipidique et la dispersion fine de la phase huileuse dans un milieu digestif.

Les cellules solaires photovoltaïques organiques et les micro-accumulateurs au lithium sont constitués d'éléments sensibles à l'atmosphère. Afin de leur assurer une durée de vie raisonnable à l'air, il faut les protéger avec des matériaux barrières, ayant des perméabilités à la vapeur d'eau et à l'oxygène très faibles. La solution envisagée pour obtenir de tels matériaux a été le développement de couches minces, tels que l'oxyde et le nitrure de silicium, déposées par PECVD. Dans une première partie, deux méthodes de caractérisation des propriétés barrières ont été mises en place spécialement pour la caractérisation de faibles taux de perméation : le « test lithium » et la mesure de perméation à partir d'un perméamètre à haute sensibilité. Dans une seconde partie, une étude des matériaux en monocouche et en multicouche a été effectuée. Un système performant a été obtenu par l'empilement multicouche d'un même matériau SiOx, où un traitement plasma après chacune des couches permet de créer des interfaces. L'étude de ce post-traitement a permis la compréhension des phénomènes d'interfaces et l'influence de ceux-ci sur la perméation. Cette étude a également permis de proposer un modèle de diffusion des molécules de gaz à travers un empilement multicouche.

Due to its close tissue-equivalence, high radiation sensitivity, dose and dose-rate linearity, diamond is a very promising detector for radiation therapy applications. The present thesis focuses on the development of a chemical vapour deposited (CVD) diamond detector with special attention on the arrangement of the electrodes and encapsulation having minimal influence on the measured signal. Several prototype detectors were designed by using CVD-diamond substrates with attached silver electrodes. Interface effects in the electrode-diamond-electrode structure are investigated using the Monte Carlo (MC) code PENELOPE. The studies cover a wide range of electrode and diamond thicknesses, electrode materials and photon beam energies. An appreciable enhancement of the absorbed dose to diamond was found for high-Z electrodes. The influence of the electrodes diminishes with decreasing atomic number difference and layer thickness, so that from this point of view thin graphite electrodes would be ideal. The effect of encapsulation, cable and electrical connections on the detector response is also addressed employing MC techniques. For Co-60, 6 and 18 MV photon beam qualities it is shown that the prototypes exhibit energy and directional dependence of about 3% and 2%, respectively. By modifying the geometry and using graphite electrodes the dependencies are reduced to 1%. Although experimental studies disclose some limitations of the prototypes (high leakage current, priming effect and slow signal stabilisation), diamonds of higher quality, suitable for dosimetry, can be produced with better-controlled CVD process. With good crystals and a well-designed encapsulation, the CVD-diamond detector could become competitive for routine dosimetry. It is then important for correct dose determination to use a collision stopping power for diamond incorporating proper mean excitation energy and density-effect corrections. A new mean excitation energy of 88 eV has been calculated.

The main objective of the study was to encapsulate the phenolic compounds from sour cherry pulp in micro size, to investigate the physicochemical properties of capsules and their digestability in simulated gastric and intestinal fluid. The effect of different coating materials, ultrasonication time and core to coating ratio on encapsulation of phenolic compounds from sour cherry pomace was investigated. Maltodextrin and gum Arabic were chosen as coating materials. Coating material was prepared with different maltodextrin:gum Arabic (MD:GA) ratios of 10:0, 8:2, 6:4 to make the total solid content 10%. In addition, two different core to coating ratios of 1:10 and 1:20 were used. Emulsions were prepared by homogenization through ultrasonication at 160 W power and 20 KHz frequency for different time periods (5-30 min). Then, the emulsions were freeze dried for 48 hours to obtain the microcapsules. Encapsulation efficiency, antioxidant activity, surface morphology, particle size, color, digestability and glass transition temperatures of the microcapsules were determined. The microcapsules with a core to coating ratio of 1:20 were found to have higher encapsulation efficiencies (78.80-92.26%) than those with a core to coating ratio of 1:10 (69.38-77.83%). Increasing the gum Arabic ratio in the coating material increased encapsulation efficiency. Optimum conditions for encapsulation with the highest efficiency and the lowest particle size were sonication time of 22.5 min, MD:GA ratio of 8:2 and core to coating ratio of 1:20. Encapsulation was effective in preventing the release of the phenolic compounds in gastric fluid. On the other hand, phenolic compounds were released from the capsules into the intestinal fluid.