Ce mémoire est consacré à l'optimisation de la connexion enzymatique d'enzymes pour l'oxydation du glucose et la réduction de O2 sur matrices de nanotube de carbone (CNT) dans les biopiles à glucose.Premièrement, le transfert électronique indirect de la glucose oxydase (GOx) est optimisé dans une matrice nanostructurée de CNT contenant la 1,4-naphtoquinone comme médiateur rédox. Cette bioanode a ensuite été combinée avec des biocathodes similaires à bases d'enzymes à cuivre (laccase et tyrosinase). La biopile GOx-NQ/Lac a permis d'obtenir des puissances maximales de l'ordre de 1,5 mW.cm-2. Les utilisations de cette pile en décharge courte, longue et sa stabilité dans le temps ont également été étudiées. La seconde partie présente la préparation d'une autre anode basée sur la connexion indirecte d'une glucose déshydrogènase NAD+-dépendante (GDH-NAD+) comme alternative pour l'oxydation du glucose. La GDH-NAD+ a été combinée avec un catalyseur d'oxydation de NADH par différentes méthodes. Tout d'abord, elle a été encapsulée au sein du métallopolymère rédox, puis, la modification supramoléculaire a dans un second temps permis d'immobiliser le catalyseur moléculaire et l'enzyme à la surface des CNTs. Ces deux bioanodes ont permis respectivement l'obtention de courants catalytiques d'oxydation du glucose de 1,04 et 6 mA.cm-2. La seconde bioanode a été combinée avec une biocathode à base de BOD et a permis l'obtention de densités de courants maximales de l'ordre de 140 µW.cm-2 La dernière partie concerne l'élaboration d'une biocathode bienzymatique pour la réduction de O2. Le DET de la HRP sur CNTs a dans un premier temps été optimisé par modification de la surface par différents dérivés pyrène. Ensuite, la combinaison de la GOx et de la HRP sur la même électrode a permis de réduire efficacement O2 en 2 étapes. La biocathode est capable de délivrer une densité de courant maximale de l'ordre de 200 µA.cm-2. Cette dernière, combinée avec la bioanode GDH présentée précédemment a permis d'obtenir une biopile opérationnelle en conditions physiologiques et 10 mM de NAD+, en étant capable de débiter une densité de puissance maximale de l'ordre de 57 µW.cm-2. / This work focuses on the optimization of the electrical wiring of glucose oxidizing and dioxygen reducing enzymes on carbon nanotube (CNT) matrixes for glucose biofuel cells.In the first part, glucose oxidase (GOx) mediated electron transfer (MET) is optimized in nanostructured CNTs matrixes by mechanical compression of a CNTs/GOx composite containing 1,4-naphtoquinone as redox mediator. This bioanode was then combined with MCOs (laccase and tyrosinase) based biocathodes. The GOx-NQ/Lac biofuel cell was able to deliver a maximum power density of 1.5 mW.cm-2. The use of this biofuel cell in short/long time discharge and in storage has also been studied. The second part presents the preparation of another bioanode based on the indirect wiring of a NAD+-dependant glucose dehydrogenase (GDH-NAD+) as an alternative for glucose oxidation. The GDH-NAD+ has been combined with an NADH oxidation catalyst by two different techniques. The first one involves the encapsulation of the protein in the metallopolymer redox film, whereas the second one relies on the supramolecular modification of the CNTs by the molecular catalyst and the enzyme. Both bioanodes showed good catalytic properties toward glucose oxidation in presence of NAD+ with respectively 1.04 mA cm-2 and 6 mA cm-2. The latter has been combined with a BOD based biocathode to form a biofuel cell exhibiting maximum power densities of 140 µW cm-2. The last part of this work focuses on the design of a bienzymatic biocathode for O2 reduction. The DET of horseradish peroxidase (HRP) was first investigated and optimized by modification of the CNTs with pyrenes derivatives. The combination of the HRP with the GOx on the same electrode enables an efficient reduction of O2 in a 2-step process. The biocathode could exhibit maximum currents densities of 200 µA cm-2. This cathode along with the previous GDH bioanode formed a biofuel cell functional in physiological conditions and 10 mM NAD+ showing maximum power densities of 57 µW cm-2.

Cette thèse s’est focalisée sur le développement de nanocristaux semi-conducteurs luminescents, i.e. des boîtes quantiques (quantum dots, QDs), pour des applications photo-induites. Ces nanomatériaux possèdent des propriétés optiques très intéressantes qui dépendent de leur taille et sont prometteurs pour des applications dans divers domaines.Les QD sont généralement hydrophobes mais de nombreuses applications intéressantes requiert une compatibilité avec l'eau ou du moins avec un environnement polaire. Cela, nécessite donc un traitement post-synthétique afin de modifier leur solubilité.Au cours de cette thèse, une nouvelle méthode pour transférer les QDs d'un solvant apolaire vers un solvant polaire a été développée en les fonctionnalisant avec l'acide lipoïque, un tensioactif complexant.L'acide lipoïque est une molécule chirale générant donc un effet de dichroïsme induit qui a pu être étudier, ainsi que sa dépendance vis-à-vis la taille des nanocristaux.Un objectif clef de ces recherches était le développement de QDs présentant un transfert d'énergie électronique réversible (REET). Il s’agit d’un transfert d'énergie bidirectionnel entre les QDs photoexcités et des unités chromophores appropriées fixées sur leur surface, dont la conséquence la plus importante est l'allongement de la durée de vie de luminescence du QD.Enfin, un nouveau protocole pour le dépôt de QDs chargés sur un substrat vitreux localement polarisé a été développé en collaboration avec le Dr Marc Dussauze de l'Université de Bordeaux. / This thesis focuses on the development of luminescent semiconductor nanocrystals quantum dots (QDs) for photoinduced applications. QDs are promising nanomaterials with size-dependent optical properties and are attractive for applications in several fields.However, QDs are commonly hydrophobic and many interesting applications require their compatibility with water or at least with a polar environment, meaning a post-synthetic treatment is required to confer a different solubility.During these studies, a new method for transferring QDs from an apolar solvent to another one polar has been successfully developed, by exploiting lipoic acid, as a versatile surface capping agent. Moreover, lipoic acid is a chiral molecule so a possible induced dichroism effect has been also investigated, as well as its dependence on the size of nanocrystals.A major aim of this research was the development of QDs exhibiting reversible electronic energy transfer (REET). Such a process is a bidirectional energy transfer between the photoexcited QDs and suitable chromophoric units attached on their surface, whose most important consequence is the elongation of the luminescence lifetime of the QD. Strong experimental evidence for REET and accompanying modifications of the photophysical properties has been obtained. Such a process to our knowledge has never been observed in QD-based systems.Finally, a novel protocol for depositing charged QDs on a locally polarized glassy substrate has been developed in collaboration with Dr. Marc Dussauze of the University of Bordeaux.

Ce travail de thèse porte, de manière globale, sur une meilleure compréhension du caoutchoucnaturel (NR). En effet, bien que ce matériau soit fortement utilisé dans l’industrie et ce depuisdes dizaines d’années, plusieurs de ses propriétés restent à ce jour mal comprises.Antérieurement à nos travaux, il a été fait un lien entre la biosynthèse du polymère et cespropriétés et il a été proposé que le caoutchouc naturel était constitué d’une chaînepolyisoprène (PI) 100% 1,4-cis de forte masse molaire (> 500 000 g/mol) fonctionnalisée en αet ω par une protéine et un motif phospholipidique respectivement. Ces bouts de chaîneseraient capables de s’auto-assembler pour créer un réseau physique qui confère au NR sespropriétés si intéressantes. L’objet de cette thèse a donc été de synthétiser un copolymère triblocProtéine/PI/Lipides afin de confirmer cette hypothèse en produisant en laboratoire unhomologue de NR. Pour ce faire, un PI hétéro-téléchélique cétone/aldéhyde a été obtenu pardégradation chimique de NR. Cette méthode a permis d’obtenir un PI 100 % 1,4-cis possédantdeux fonctions chimiques différentes en bout de chaine permettant ainsi le greffage sélectifd’une protéine où d’un motif lipidique. Ces deux couplages ont ensuite été étudiés séparément(PI/Protéine puis PI/Lipides) révélant des propriétés intéressantes dans le cas du copolymèredi-bloc PI/Lipide. Le couplage PI/Protéine s’est avéré plus compliqué et seul des copolymèresdi-blocs PI/Polypeptide ont pu être obtenus avec certitude, en utilisant des synthons PI commemacro-amorceurs. Une voie de synthèse a également été dégagée pour un tri-blockPolypeptide/PI/Lipide présentant une structure très proche du modèle de Tanaka. / This PhD work focuses on a better comprehension of natural rubber (NR). Indeed, despite thefact that this material has been used for a long time in industry, some properties remainunclear. Previous works of Tanaka allowed to make a link between the biosynthesis of thematerial and its properties. It was thus suggested that NR was composed of a high molar masschain of polyisoprene (PI, > 500 000 g/mol) functionalized at the α and ω chain-end by aprotein and a phospholipidic moiety respectively. These chain-ends would be able to selfassembleinto a pseudo-physical network which would explain some of the superior propertiesof NR. The goal of this PhD work is to synthesize a Protein/PI/Lipid tri-block copolymer inorder to check this hypothesis and to synthesize hybrid material close to NR. First, a 1,4-cishetero-telechelic (ketone/aldehyde) PI of 10 000 g/mol was obtained by chemical degradationof NR, yielding a polymeric chain bearing two different functions at the chain-ends, allowingto perform a selective functionalization with both a lipidic moiety and a protein. Both di-blockcopolymers (PI/Lipid and PI/Protein) were synthesized and studied separately. The PI/Lipiddi-block copolymer revealed interesting properties. The synthesis of PI/Protein di-blockcopolymer revealed more difficult and only PI/Polypeptide di-block copolymer could havebeen obtainded. To this end, PI macro-initiator allowed the Ring-Opening Polymerization odN-carboxyanhydride. Finally, a chemical pathway was established, allowing to synthesize aPolypeptide/PI/Lipid tri-block close to Tanaka’s model.

Depuis la dernière décennie, les implants dégradables pour fixation de fracture connaissent un intérêt grandissant. Parmi tous les matériaux, le magnésium apparait comme un candidat prometteur dû à une combinaison unique de propriétés. Le magnésium est très bien toléré par le corps, il a une tendance naturelle à la dégradation et son faible module élastique peut aider à réduire le stress-shielding durant la reconstitution de l'os. Cependant, une combinaison optimale entre les propriétés mécaniques et la vitesse de dégradation doit être obtenue. Le calcium étant biocompatible et procurant différents effets bénéfiques, l'alliage sélectionné pour ce projet est le Mg-2wt.%Ca. Afin d'optimiser cet alliage, nous proposons une stratégie volume/surface : modifier la microstructure interne par des traitements thermomécaniques et fonctionnaliser la surface à l'aide d'une technique additive.Du laminage et de l'extrusion à chaud ainsi que de l'extrusion coudée à aires égales (ECAE), ont été utilisé afin de modifier la microstructure. La déformation plastique sévère induite par l'ECAE produit la plus fine microstructure (taille de grain et particules de seconde phase). Alors que différentes caractéristiques microstructurales (dislocations, macles, taille de grain) peuvent justifier l'augmentation de la résistance mécanique, l'évolution de la résistance à la corrosion semble principalement affectée par la microstructure de la seconde phase et la taille de grain. Cette influence résulte de la combinaison d'un effet micro-galvanique et de la dispersion des particules de Mg2Ca et possiblement d'une couche d'oxide plus stable. L'ECAP apparait comme le traitement le plus efficace pour augmenter les propriétés mécaniques et le comportement à la corrosion.La fonctionnalisation de surface a été réalisée par un dépôt à motif réguliers à l'aide d'une technique de microdéposition de nanoparticules d'argent afin d'apporter un effet antibactérien à la surface. La déposition est suivie d'un procédé de frittage par laser. Une série de déposition a été conduite afin d'optimiser les conditions du dépôt de nanoparticules d'argent. La topographie de la couche déposée, la qualité du frittage ainsi que l'impact thermique du traitement laser sur la microstructure du substrat a été caractérisée par profilommétrie, SEM et TEM. Une modélisation par éléments finis a été réalisé afin de décrire l'impact thermique du traitement laser. Cette simulation pourra être utilisée à des fins d'optimisation du procédé de dépôt.Combiner une approche sur la microstructure interne et la surface du matériau a permis d'obtenir un alliage de magnésium fonctionnalisé ayant des propriétés améliorées qui peut être considéré dans de futurs tests biomédicaux. / Since the last decade, degradable implants for bone fixation have attracted special attention. Among different materials, magnesium appears as a promising candidate due to its unique combination of properties. Magnesium is very well tolerated by the body, it has a natural tendency for degradation and its low elastic modulus helps to reduce stress-shielding effect during bone healing. However, an optimal compromise between mechanical resistance and degradability kinetics has to be achieved. Since calcium is biocompatible and has several beneficial effects on magnesium, the alloy selected for this project is: Mg-2wt.%Ca alloy. To optimize this alloy for implant application, we propose a bulk/surface approach: i.e. tailoring the bulk microstructure by thermomechanical treatments and surface functionalization by additive manufacturing.Hot rolling and extrusion, and equal channel angular pressing (ECAP) have been used to tailor the microstructure. Severe plastic deformation induced by the ECAP process produces the finest grain and second particle phase microstructure. While different microstructural features (dislocations, twins, grain size) can account for the increase of the mechanical strength, the evolution of the corrosion resistance appears as primarily affected by grain size and second phase microstructure. This influence results from the combination of a micro galvanic effect, the dispersion of the second phase Mg2Ca and possibly a more stable oxide layer. Finally ECAP appears as the most efficient processing to improve both mechanical and corrosion behavior.Surface functionalization is achieved by designing a surface pattern using microdeposition with silver nanoparticles to add an antibacterial effect. The deposition is followed by a laser sintering process. A series of deposition were performed to optimize the deposition conditions for silver nanoparticles. The layer topography, the sintering, and the thermal impact of the laser treatment on the substrate microstructure have been characterized by profilommetry, SEM, TEM. A finite element simulation has been realized to describe the thermal effect of the laser treatment. This simulation can be further used for optimizing the patterning deposition process.Combining the bulk and surface approach have permitted to obtain a functionalized magnesium alloy with enhanced properties that can be considered for further biomedical tests.

L’analyse des radionucléides est une nécessité pour la gestion des matières et déchets radioactifs liée à l’industrie nucléaire. Pour éviter les interférences et améliorer la précision des mesures, les étapes de traitement de l’échantillon et de séparations restent aujourd’hui incontournables. Elles sont cependant longues, irradiantes, difficiles à mettre en œuvre en boite à gants et produisent un volume de déchets liquides et solides significatif. L’objectif de cette thèse est de proposer une alternative innovante à l’utilisation des colonnes d’extraction sur phase solide dans les protocoles de séparation des radionucléides en milieu nitrique concentré permettant de réduire ces déchets en fin de cycle analytique et d’automatiser ces étapes. Un premier microsystème jetable en plastique (COC) intégrant une micro-colonne séparative de chromatographie d’extraction a été conçu. La phase stationnaire est un monolithe poly(AMA-co-EDMA) synthétisé par photopolymérisation in situ à structure ajustable, fonctionnalisable à façon, résistant au milieu nitrique concentré. Les capacités d’échange obtenues sont de l’ordre de 150 mgU/g de monolithe pour le TBP et le mélange TBP/CMPO et 280 mgU/g de monolithe pour le DAAP. Les valeurs des coefficients de partage des monolithes imprégnés ont été déterminées pour U(VI), Th(IV), Eu(III) et Nd(III) pour les 3 extractants (ainsi que pour Pu(IV) dans le cas de monolithes imprégnés par le TBP). La synthèse du monolithe a été transférée en microsystème centrifuge et après étude hydrodynamique, la séparation U,Th/Eu en milieu nitrique a été réalisée sur colonne imprégnée TBP en microsystème classique puis transférée en microsystème centrifuge. / Radionuclides analysis is a key point for nuclear waste management and nuclear material control. Several steps of sample modification have to be carried out before measurements in order to avoid any interferences and improve measurement precision. However those different steps are long, irradiant and difficult to achieve in gloveboxes. Moreover they produce liquid and solid waste. The goal of the study is to offer a new alternative to the use of solid phase extraction column for radionuclides separation in hard nitric acid medium. The system will decrease the amount of nuclear waste due to the analysis and automatize the different steps of the analysis. A plastic device made of COC containing a micro solid phase extraction column is first designed. Stationary phase is a poly(AMA-co-EDMA) monolith synthetized in situ. Its structure is adjustable and its functionalization versatile with a high resistance to nitric acid medium. Exchange capacity is 150 mg/g of monolith for TBP and TBP/CMPO column and up to 280 mg/g of monolith in case of DAAP. Exchange coefficients are determined for U(VI), Th(IV), Eu(III) and Nd(III) for 3 different extractants (and Pu(IV) in case of TBP column). Monolith synthesis is transferred in centrifugal device and hydrodynamic behavior studied. U,Th/Eu separation was finally carried out in both classic and centrifugal microsystem on TBP column.

Ces travaux de thèse ont pour but de mettre en œuvre un capteur de plomb à base de nanostructures de silicium polycristallin. L'étude physique des structures de type nanorubans ou nanofils de silicium polycristallin a montré que ces derniers possèdent de faibles qualités cristallines mais des propriétés électriques suffisantes pour être utilisées comme éléments sensibles d'un capteur. Les nanorubans ont été fonctionnalisés par greffage spontané des sels de diazonium, capables de pré-concentrer des ions de plomb à la surface de la nanocouche. Cette fonctionnalisation a permis de détecter des traces de plomb, le capteur atteignant une limite de détection de 2.10-7 mol/L. Ces résultats montrent ainsi que la détection de plomb est possible avec des nanostructures de silicium polycristallin dont le procédé de fabrication est relativement bon marché. Le développement d'un transistor gate-all-around (GAA) à base de nanofils de silicium polycristallin est proposé dans cette thèse. Son utilisation avec deux grilles indépendantes a permis de caractériser électriquement et physiquement les nanofils de silicium polycristallin. Les caractéristiques électriques du transistor GAA sont par ailleurs encourageants pour une utilisation en tant que capteur pour diminuer la sensibilité et les limites de détection d'ions de plomb. / The aim of this research work is to implement a lead ions sensor based on polycrystalline silicon nanostructures. This material has been intensively studied by electrical and physical characterization. This study showed that structures such as polysilicon nanoribbons or nanowires have poor crystalline quality but satisfying enough electrical properties to be used as a sensor sensible elements. Nanoribbons have been functionnalized by spontaneous grafting of diazonium salts that enable lead ions trapping at the surface of these nanoribbons. Thanks to the functionnalization, sensor reached a limit detection as low as 2.10-7 mol/L. These results prove that sensing lead ions is possible thanks to low-cost polysilicon nanostructures. Development of a gate-all-around transistor based on polycrystalline silicon nanowires is proposed in this manuscript. It could lead to increase sensibility of that type of microsensors.

Depuis plusieurs décennies, les polyesters aliphatiques (polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polyglycolide (PGA)) et leurs copolymères ont été retenus pour des applications médicales grâce à leur biodégradabilité et leur biocompatibilité. Parmi leurs applications médicales, on s’intéresse ici à la délivrance des médicaments par des copolymères amphiphiles et à l’ingénierie tissulaire. Les polyesters aliphatiques souffrent cependant d’une hydrophobie importante et de l’absence de groupes fonctionnels. Pour pallier ces problèmes, plusieurs stratégies demodifications chimiques ont été proposées dans la littérature parmi lesquelles on cite : l’hydrolyse, la modification par plasma, la post-polymérisation alcyne azoture et la modification photochimique thiol-yne. Ces modifications servent à introduire des polymères hydrophiles (ex. le polyéthylène glycol) ou des groupes fonctionnels qui peuvent améliorer la biocompatibilité de polyesters. Dans ce manuscrit, on s’intéresse à la modification de la PCL et du PLA par voie photochimique thiol-yne qui présente l’avantage d’être rapide, versatile, applicable en solution comme en surface et de ne pas nécessiter l’utilisation d’un catalyseur métallique qui peut être nocif pour les applications médicales. Dans une première partie, la modification de la PCL a été faite en solution et des copolymères amphiphiles PCL-g-PEG ont été synthétisés. La stratégie de greffage « grafting to » en deux étapes a été choisie en partant de polymères commerciaux. Une optimisation des conditions de modification par voie anionique de PCL, suivi d’une photoaddition thiol-yne, nous a permis d’obtenir des copolymères avec des balances hydrophiles/hydrophobes contrôlées. L’impact de l’hydrophilie des copolymères sur la formation de nanoobjets, leurs concentrations d’aggrégation critique et leurs tailles a été étudié. L’encapsulation de curcumine comme agent anticancéreux et la cytotoxicité des nanovecteurs envers des cellules cancéreuses ont été vérifiées. Dans un second temps, ces copolymères ont été décorés par un peptide de ciblage et un peptide clivable enzymatiquement en vue de leur utilisation dans des traitements anticancéreux. L’effet biologique de ces copolymères encapsulant des principes actifs est vérifié in vitro sur des cellules cibles exprimant plus ou moins d’intégrines ou de métalloprotéases. Dans une seconde partie, des fibres PLA ont été modifiées en surface par des nanoparticules inorganiques afin de générer des hybrides covalents d’intérêts pour des applications en ingénierie tissulaire. De manière analogue aux modifications en solution, ces hybrides ont été obtenus en deux étapes par modification par voie anionique de nanofibres de PLA, suivi par un greffage covalent de nanoparticules d’oxyde de fer en suivant une stratégie photochimique thiol-yne. / For decades, aliphatic polyesters (polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polyglycolide (PGA)) and their copolymers have been selected for medical applications because of their biodegradability and their biocompatibility. Among their medical applications, we are interested in drug delivery system based on amphiphilic copolymers and tissue engineering. However, aliphatic polyesters suffer from significant hydrophobicity and the absence of functional groups. To overcome these drawbacks, several strategies ofchemical modifications have been reported in literature among which we present: hydrolysis, plasma modification, post polymerization modification by copper catalyzed azide alkyne cycloaddition and thiol-yne post polymerization modification. These modifications have been used to introduce hydrophilic polymers (eg. polyethylene glycol) or functional groups on the polyester chains that can enhance the biodegradability of polyesters. In this manuscript, we are interested in modifying PCL and PLA chains by thiol-yne photochemical route. This method is rapid, versatile, applicable in solution as well as on surface and it does not require the use of a metallic catalyst which can be harmful for medical applications. First, PCL modification was done in solution and amphiphilic copolymers PCL-g-PEG were synthesized. The strategy “grafting to” in two steps has been selected starting from commercial polymers. Conditions optimization of anionic activation, followed by thiol-yne photoaddition, allowed us to obtain copolymers with controlled ratios hydrophilic/hydrophobic. The impact of copolymers hydrophilicity on nanoobjets formulation, critical micelle concentration and sizes was studied. Curcumin encapsulation as an anticancer agent and nanocarriers cytotoxicity towards cancer cells were verified. In addition, these copolymers were then decorated with a targeting peptide and an enzymatically cleavable peptide in the aim of using them in cancer treatment. The biological effect of anticancer loaded copolymer was verified in vitro on target cells expressing more or less integrins or metalloproteases. Second, PLA fibers were modified with inorganic nanoparticles and generate covalent hybrids for purposes in tissue engineering of neuronal cells. Analogously to the solution modification, these hybrids were obtained in two steps by anionic activation of PLA fibers, followed by covalent grafting of iron oxide nanoparticles according to a thiol-yne photochemical strategy.

Ce manuscrit est consacré à l’élaboration et à la photofonctionnalisation des monolithes de silice pour les techniques séparatives miniaturisées. La partie bibliographique situe d’abord l’intérêt des monolithes dans les techniques séparatives miniaturisées. L’état d’art sur l’utilisation des monolithes de silice dans ces techniques séparatives est ensuite établi en portant une attention particulière sur leur utilisation dans l’analyse d’échantillons biologiques et/ou environnementaux (préparation d’échantillons couplée aux méthodes séparatives ou utilisation de colonne de grande longueur). Un descriptif de la synthèse des monolithes de silice par le procédé sol gel est ensuite détaillé. Enfin, une étude des différentes méthodes de fonctionnalisation des monolithes de silice est présentée. L’optimisation des paramètres expérimentaux de la synthèse sol-gel a conduit à un procédé de synthèse robuste et répétable de capillaires monolithiques de silice de grandes longueurs et d’efficacités élevées (efficacités de l’ordre de 160 000-200 000 plateaux/m). Le travail expérimental s’est ensuite orienté sur l’optimisation de procédés de fonctionnalisation par voie thermique et sur le développement de nouveaux procédés de photopolymérisation ou de photografting par « photo click chemistry ». Les résultats obtenus dans des modes chromatographiques variés après photofonctionnalisation avec différents monomères montrent que ces procédés sont polyvalents et qu’un contrôle des paramètres permet de conserver les performances chromatographiques du matériau de départ. Outre sa simplicité et sa rapidité, cette approche permet de définir et de localiser différentes chimies de surface au sein d’une même colonne. Cette spécificité a été mise à profit pour le couplage en ligne dans une colonne de nanochromatographie, d’une étape de préconcentration avec une étape de séparation de neuropeptides modèles / This manuscript is dedicated to the development and functionalization of monolithic silica stationary phases for miniaturized separation techniques. The bibliographic section first summarizes the interest of monolithic phases for the development of miniaturized separation techniques and their advantages over their particulate counterparts (small particles or core shell ones). The state of the art on the use of silica monolithic columns in separation techniques is then established, with a focus on their use in the analysis of biological and/or environmental samples (coupling sample preparation with an analysis method or using long columns). Then a detailed description of the sol gel synthesis of monolithic silica is presented. Finally, a study of different established methods of functionalization of silica monoliths is presented and the potential of photofunctionalization is highlighted for the rapid and homogeneous in-situ functionalization of monolithic capillaries. The experimental part focuses first on the development and optimization of a robust process of synthesis of monolithic silica capillary columns (efficiencies around 160 000-200 000 plates/m). The work is then focused on the improvement of classical functionnalization processes and on the development of new photofunctionalization ways (photopolymerization and photo click chemistry) of silica monolithic columns. The results obtained after photofonctionnalisation in various chromatographic modes (from ion exchange to reversed phase and HILIC) mode with different monomers show that these methods are versatile and that the control of the parameters allows keeping the chromatographic performances of the starting material. Besides its simplicity and speed, this approach allows to define and to locate different surface chemistries in the same column. This specificity has been exploited to the in-line coupling a preconcentration step with a separation step in a single column, for the separation of model neuropeptides

Des nouvelles méthodes de gélification avec association de différents composés permettent l’élaboration d’hydrogels sous forme de matrices 3D présentant des propriétés optimales et des fonctions intéressantes. Cette technique d’assemblage peut être effectuée par mélange de plusieurs polymères ou/et par incorporation de nanoparticules dans la matrice polymérique. Ce travail de thèse a montré l’intérêt de mettre en œuvre des réseaux interpénétrés de polymères à base d’alginate et de GelMA, et a mis en évidence l’effet de l’incorporation de nanoliposomes sur les propriétés physico-chimiques des hydrogels. Une caractérisation multi-échelle des hydrogels, a été complétée par une étude des interactions possibles au sein de la matrice 3D. Dans une première partie du travail, une analyse des propriétés de surface des matrices composites à différentes concentrations d’alginate, avant et après fonctionnalisation par des nanoparticules molles, a montré une amélioration de la mouillabilité et de l’énergie de surface des hydrogels. Les propriétés mécaniques des hydrogels ont été déterminées par une caractérisation multi-échelle incluant la microscopie à force atomique (nanoscopique) et le rhéomètre (mésoscopique). Ces analyses ont pris en compte les différentes concentrations d’alginate ainsi que les deux concentrations différentes de liposomes incorporés dans la matrice 3D. Les résultats obtenus ont montré l’intérêt de l’assemblage des deux polymères et l’effet des nanoliposomes sur le processus de gélification de l’alginate dû à une interaction entre les nanoparticules molles et l’agent réticulant (CaCl2). Une étude morphologique des hydrogels a montré la possibilité de contrôler la taille des pores en modifiant la concentration des différents composants des hydrogels ou en fonctionnalisant les matrices 3D par des nanoparticules molles. Les interactions physico-chimiques ont ensuite été étudiées par Spectroscopie de Photoélectrons X, spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire et Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier / Novel crosslinking methods to design 3D hydrogels consist on an innovative combination of various components in order to create 3D structure with optimal properties and functionalities. This blending technic can be carried out by mixing several polymers or/and incorporation of nanoparticles into the polymer network. The present work showed the advantages of interpenetrating polymer networks forms composed of alginate and GelMA and highlighted the effect of the incorporation of nanoliposomes on the physico-chemical properties of the hydrogels. It consisted primarily on a multiscale characterization of the hydrogels and then on the study of the possible interactions in the 3D structure. At first, the surface characterization of the composite hydrogels at different alginate concentrations, before and after the functionalization with soft nanoparticles, showed an improvement of the wetting properties and the surface energy. The mechanical properties of the hydrogels were determined by multiscale analysis using the atomic force microscopy (nanoscopic) and the rheometer (mesoscopic). These analysis took into account the various concentrations of alginateas well as the two different concentrations of the liposomes added in the 3D structure. The results showed the effectiveness of mixing the polymers and the influence of the nanoliposomes on the alginate coagulation due to an interaction between the soft nanoparticules and the coagulation agent (CaCl2). A morphological study of the hydrogels showed the possibility to control the size of the pores by the modification of concentration for each component of hydrogel or by functionalization the 3D structure. The physicochemical interactions were then studied thanks to the X-ray Photoelectron Spectroscopy, the Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy and the Fourier Transform Infrared spectroscopy

La simplification des séquences réactionnelles traditionnelles pour l’obtention d’une molécule cible par la mise au point de nouvelles stratégies est d’une importance cruciale en synthèse organique moderne, à l’heure où l’accent est mis sur le développement de procédés innovants toujours plus directs, rapides et respectueux de l’environnement permettant l’assemblage d’architectures moléculaires complexes à partir de substrats de départ nettement plus simples. Dans ce contexte, différentes stratégies ont émergé, au cours des dernières décennies, comme alternatives de choix à l’approche traditionnelle qui consiste à construire une molécule complexe pas à pas, par une succession d’étapes de synthèse impliquant généralement la création d’une seule nouvelle liaison. Parmi les différentes stratégies développées, les domaines de la fonctionnalisation directe de liaisons carbone – hydrogène et des réactions en cascade constituent tous deux des alternatives particulièrement attrayantes et puissantes puisqu’ils permettent respectivement d’éviter la pré-fonctionnalisation chronophage des substrats de départ et la création d’une multitude de nouvelles liaisons en une seule opération. C’est dans ce cadre général que se sont inscrits les travaux que nous avons réalisés au cours de cette thèse et qui nous ont permis de développer deux nouveaux procédés de fonctionnalisation directe centrés sur l’alcynylation et l’alkylation de liaisons C-H d’arènes ainsi que le développement d’une nouvelle réaction en cascade permettant la polycyclisation cationique d’alcynes substitués par un atome d’azote conduisant rapidement à des composés polycycliques azotés structurellement complexes. Ces différentes réactions fournissent un accès rapide à des composés d’importance en synthèse organique ou en chimie médicinale tout en permettant de raccourcir les voies de synthèse traditionnelles conduisant à ces molécules organiques. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished