La réaction d'hydrogénation des alcènes est une réaction clé dans de nombreux procédés industriels permettant la production de produits de commodité et de spécialité. D’importants efforts de recherche ont donc été réalisés pour développer des systèmes catalytiques de plus en plus productifs et sélectifs. Parmi les nombreux catalyseurs homogènes et hétérogènes développés à ce jour, les complexes organométalliques d’Iridium(I), très prometteurs, ont été préparés depuis la découverte du catalyseur de Crabtree, [Ir(COD)(py)(PCy3)]BF4, pour répondre à des problèmes de sélectivité dans l'hydrogénation asymétrique ou celle d’oléfines tétrasubstituées fortement encombrées en conditions homogènes. Cependant, l'utilisation industrielle de ce complexe organométallique d’Ir (I) est limité par sa décomposition rapide en solution, qui conduit à la formation de complexes polynucléaires (hydrures pontés d'Iridium) très stables et inactifs en catalyse. Le but de ce travail de thèse a été de développer des matériaux catalytiques contenant des complexes Ir(NHC) isolés à la surface d’une silice contenant des fonctionnalités imidazolium parfaitement distribuées le long de ses canaux poreux. L'isolement des unités Ir(I) sur le support de silice devrait permettre d’empêcher les processus bimoléculaires de désactivation et faciliter la récupération du catalyseur. La préparation des matériaux catalytiques cible se fait grâce a la transformation des unités imidazolium contenues dans le matériau de départ en carbenes d’argent N-hétérocycliques, qui sont ensuite transmétallés en carbènes d’iridium avec le complexe [Ir(COD)Cl]2. Les matériaux obtenus ont été caractérisés par diverses techniques, notamment une technique de RMN très avancée : la RMN de l’état solide utilisant la polarisation nucléaire dynamique. Ceci a permis de mieux comprendre la structure moléculaire des sites de surface iridiés. Les performances catalytiques des complexes Ir-NHC supportés ont été testées dans réaction d’hydrogénation des alcènes et comparées à celles de leurs homologues homogènes. Divers substrats oléfiniques et différentes conditions de réaction ont été testées. Les résultats montrent que le catalyseur supporté est beaucoup plus stable et 50 fois plus actif en terme de vitesse et de productivité. Cette approche a été étendue au développement de catalyseurs d’iridium supportés sur polymère. Le support choisi a été un polyéthylene téléchélique contenant des fonctionnalités iodées terminales. Le solide obtenu après incorporation de l’iridium a été caractérisé par RMN et spectrométrie de masse (MALDITOF). Les performances catalytique de ce nouveau système ont été elles aussi comparées a celles de complexes homologues en solution / Alkene hydrogenation is a key in many bulk and fine chemicals production processes. Major efforts were therefore directed towards the preparation of ever more productive and selective catalysts. Among the large number of homogeneous and heterogeneous catalysts, promising Iridium (I) organometallic complexes were prepared since the discovery of the well-known Crabtree’s catalyst, [Ir(COD)(py)(PCy3)]BF4, to address selectivity issues in homogeneous asymmetric hydrogenation or hydrogenation of highly hindered tetrasubstituted olefins. However, the industrial use of Ir organometallic complexes as catalysts is limited by their fast decomposition leading to the formation of highly stable and inactive polynuclear iridium hydridebridged complexes. The goal of this PhD project was to elaborate supported Ir(I)-NHC catalytic material to prevent such bimolecular deactivation processes. The targeted supported Ir complexes were based on hybrid organic-inorganic material containing regularly distributed imidazolium units along the pore-channels of the silica framework. Beside the Ir-site isolation on the silica support, this catalytic system was also expected to ease catalyst recovery at the end of the hydrogenation. The preparation of the final systems relies on the preparation of supported silver carbenes first, and further transmetallation with an Ir-precursor, namely [Ir(COD)Cl]2. The materials were characterized by several techniques as for example advanced solid state NMR using Dynamic Nuclear Polarization to gain insight into the molecular structure of the Ir surface sites. Catalytic performances of the supported Ir-NHC complexes were tested in alkene hydrogenation and compared to those of homogeneous homologues. Several different substrates and reaction conditions were tested. The results showed that the supported catalyst was much more stable and 50 times more active in term of rate and productivity. A polymer supported Ir-complex was also elaborated using a telechelic polyethylene iodide as support. The polymeric materials were fully characterized by NMR and MALDI-TOF experiments and their catalytic performances were compared to those of molecular analogues and those of silica supported systems

Ce travail a concerné la synthèse hydro-solvothermale et la caractérisation de nouveaux fluorures hybrides à porosité variable, dans l’objectif à terme de tester ces matériaux poreux en stockage ou purification de gaz. En première partie, l’aminotétrazole a été utilisé comme ligand organique et a permis de mettre en évidence douze nouveaux fluorures hybrides, dont six sont de type MOF. Plusieurs paramètres de synthèse ont été identifiés comme cruciaux dans la condensation d'édifices ouverts. C’est, en particulier, la température, la composition du milieu ainsi que la nature des cations métalliques (Zn2+/Fe3+, Fe2+/Fe3+ et Zn2+ seul) et du solvant. Les porosités estimées de ces MOF atteignent 25% en volume bien que la taille de l’aminotétrazole soit réduite. En seconde partie, des ligands plus étendus à noyaux tétrazoliques multiples ont été choisis afin de parvenir à augmenter la dimension des cavités des MOFs. Ces molécules, non commercialisées, ont été synthétisées dans un premier temps puis impliquées dans l’élaboration de nouveaux hybrides. Alors que la molécule H3btt à 3 noyaux tétrazole n’a pas abouti à des résultats, H2bdt a conduit à de nouvelles architectures fluorées en présence de Zn et/ou Fe. Deux d’entre elles, [Hdma]∙(FeIIF(bdt)) et FeIIF(Hbdt), présentent des porosités remarquables de 40 et 60% qui s’approchent de celles des matériaux de référence. / This work focuses on the hydro-solvothermal synthesis and the characterization of new hybrid fluorides with tunable porosity, with the aim of testing new porous materials for gas storage and purification. In the first part, the aminotetrazole was used as organic linker and twelve new hybrid fluorides were evidenced, six phases belong to MOFs class. Several parameters were identified as crucial for the condensation of open frameworks, in particular, the temperature, the medium composition as well as the nature of metallic cations (Zn2+/Fe3+, Fe2+/Fe3+ or only Zn2+) and of the solvent. The porosity of these MOFs reaches 25% of volume, in spite of the small size of the aminotetrazole molecule. In the second part, polytetrazoles linkers with extended size were chosen, in order to increase the size of MOFs cavities. Non-commercial molecules were prepared and applied to the elaboration of new hybrids. While H3btt with 3 tetrazole cycles did not provide any expected result, H2bdt led to new fluorinated architectures in the presence of Zn and/or Fe. Two phases, [Hdma]∙(FeIIF(bdt)) and FeIIF(Hbdt), exhibit remarkable porosities of 40 and 60%, values.

[EN] The present PhD thesis, which is entitled "Design of new bio-gated nanodevices for advanced communication processes and targeted controlled release of therapeutic agents" is focused on the development of new functional hybrid organic-inorganic materials for applications in the field of the controlled delivery of target molecules. The first chapter of the present thesis gives an introduction to the organic-inorganic hybrid materials functionalized with "molecular gates" and its application in controlled release processes. The second chapter of this thesis is focused on the development of a new nanodevice able to deliver its cargo as a function of the glucose concentration. The nanodevice is based on mesoporous silica nanoparticles loaded with a suitable fluorophore and functionalized with propylbenzymidazole moieties on the pore outlets. The mesopores are then capped with an active cyclodextrin modified glucose oxidase enzyme (through the formation of an inclusion complex between the cyclodextrins and the propylbenzymidazole group anchored to the solid support). When glucose is added its enzymatic oxidation produced gluconic acid. This acid induced a decrease in the pH of the medium and the protonation of the benzymidazole group that might result in the inclusion complex dethreading and the subsequent cargo release. The third chapter of the thesis is focused on the development of a new redox-responsive material for the controlled delivery of cytotoxic drugs in cancer cells. The system is based on mesoporous silica nanoparticles loaded with a reporter (safranin O) and functionalized with two different sized polyethylene glycol chains in the pore outlets using a disulfide linkage. In presence of glutathione, the disulfide bonds are cleaved allowing the release of the entrapped cargo. Once confirmed the aperture protocol, the uptake of the gated nanoparticles and their ability to deliver the cargo (fluorophore or cytotoxic agent) in HeLa cells were tested. Moreover, cell viability assays were also performed. The fourth chapter of the thesis is focused on the preparation and the study of a nanodevice for the controlled delivery in senescent cells in a murine model of pulmonary fibrosis. The material is prepared using mesoporous silica nanoparticles (as an inorganic support) and galactoligosaccharide (molecular gate) moieties anchored on the external surface. In presence of senescent cells, which overexpress ß-galactosidase enzyme, the hydrolysis of the galactooligosaccharide capping molecules take place and the cargo release from the inner of the pores is produced (rhodamine B). After the in vitro studies, the ability of nanoparticles to accumulate and release their payload in tissues with abundance of senescent cells was evaluated in vivo. For that purpose, mice with induced pulmonary fibrosis, pathogenesis with associated increased alveolar senescence, were treated with the synthesized material and subsequently examined to assess its ability to accumulate and release its payload (fluorophore) in lung's damaged areas. In the fifth chapter of the thesis it has been explored the concept of cascade chemical communication using different types of nanodevices, each of them loaded with a certain messenger and externally functionalized with a gate-like entity that controls the release of the payload. When the enzyme able to hydrolyze the molecular gate that blocks the pores of the first type of nanoparticles (S1), is added to an aqueous suspension containing the three nanoparticles, the delivery of the chemical messenger 1 is produced. This messenger is able to open the second type of nanoparticles (S2) which delivers the messenger 2. Finally, the messenger 2 triggers the aperture of the third group of gated system (S3), which ultimately delivers its load (a dye) as a final response. / [ES] La presente tesis doctoral titulada "Diseño de nuevos nanodispositivos para procesos avanzados de comunicación y liberación controlada y dirigida de agentes terapéuticos" está centrada en el desarrollo de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos funcionales para aplicaciones en el campo de la liberación controlada de moléculas de interés. El primer capítulo de la tesis ofrece una introducción a los materiales híbridos orgánico-inorgánicos funcionalizados con "puertas moleculares" y su aplicación en procesos de liberación controlada. En el segundo capítulo de la tesis se aborda el desarrollo de un nanodispositivo capaz de responder y liberar su carga en función de la concentración de glucosa. Este nanodispositivo está basado en nanoparticulas de sílice mesoporosa funcionalizadas en su superficie externa con grupos benzimidazol y con los poros cargados con un fluoróforo. Los poros se cierran al añadir la enzima glucosa oxidasa funcionalizada con ciclodextrinas (por formación de un complejo de inclusión entre el benzimidazol y los oligosacáridos cíclicos). Al adicionar glucosa se produce su oxidación enzimática dando ácido glucónico. Este ácido induce una bajada del pH del medio con la consiguiente protonación de los benzimidazoles y la ruptura de los complejos de inclusión. Esta ruptura provoca la salida de la enzima de la superficie y la liberación del colorante atrapado en los poros. El tercer capítulo de la tesis se ha centrado en el desarrollo de un material para la liberación controlada de agentes citotóxicos en células cancerosas en respuesta a cambios en el potencial redox. De nuevo se emplean nanopartículas de sílice mesoporosa con los poros cargados con un colorante (safranina O) y la superficie externa funcionalizada con dos polietilenglicoles conteniendo enlaces disulfuro. En presencia de glutatión se produce la reducción del enlace disulfuro con la consiguiente liberación del colorante. Una vez confirmado el protocolo de apertura, se estudió la internalización y la liberación de un fluoróforo y de un agente citotóxico en el modelo celular HeLa, realizando además ensayos de viabilidad. En el cuarto capítulo de la tesis se ha preparado y ensayado un nanodispositivo para la liberación controlada en células senescentes en un modelo murino de fibrosis pulmonar. El material se prepara empleando nanopartículas de sílice mesoporosa y un galactooligosacárido anclado en la superficie externa. En presencia de células senescentes, que sobreexpresan la enzima ¿-galactosidasa, se produce la hidrólisis del oligosacárido con la consiguiente liberación de la carga atrapada en los poros del soporte (rodamina B). Tras los estudios in vitro, la capacidad del nanodispositivo de acumularse y liberar su carga en tejidos ricos en células senescentes se evaluó in vivo. Para ello, ratones con fibrosis pulmonar inducida, patología en la que se ha descrito la aparición de senescencia, se trataron con el material sintetizado y posteriormente fueron examinados para comprobar la capacidad de acumularse y liberar su carga (fluoróforo) en la zona pulmonar dañada. En el quinto capítulo se ha explorado el proceso de comunicación química en cascada empleando tres tipos de nanopartículas mesoporosas de sílice cargadas con diferentes mensajeros y funcionalizadas con tres puertas moleculares distintas. Cuando sobre una suspensión de las tres nanopartículas se añade la enzima capaz de hidrolizar la puerta molecular que bloquea los poros del primer tipo de nanopartículas (S1), se produce la liberación del mensajero 1. Este mensajero es capaz de inducir la apertura del segundo tipo de nanopartículas (S2), que a su vez liberan al medio el mensajero 2. Por último, el mensajero 2 es capaz de abrir la puerta molecular del tercer tipo de nanopartículas (S3), que liberan finalmente su carga (un colorante) como respuesta final. / [CAT] La present tesis doctoral titulada "Disseny de nous nanodispositius per a processos avançats de comunicació i lliberació controlada i dirigida d'agents terapèutics" està centrada en el desenvolupament de nous materials híbrids orgànic-inorgànic funcionals per a aplicacions en el camp de la lliberació controlada de molècules d'interès. El primer capítol de la tesis ofereix una introducció als materials híbrids orgànic-inorgànic funcionalitzats amb "portes moleculars" i la seua aplicació en processos de lliberació controlada. En el segon capítol de la tesis s'aborda el desenvolupament d'un nanodispositiu capaç de respondre i lliberar la seua càrrega en funció de la concentració de glucosa. Este nanodispositiu està basat en nanopartícules de sílice mesoporoses funcionalitzades a la seua superfície externa amb grups benzimidazol i amb els pors carregats amb un fluoròfor. Els pors queden bloquejats al afegir el enzim glucosa oxidasa funcionalitzada amb ciclodextrines (per formació d'un complex d'inclusió entre el benzimidazol i els oligosacàrids cíclics). Al afegir glucosa es produeix la seua oxidació enzimàtica donant lloc a àcid glucònic. Este àcid indueix una baixada del pH del medi amb la consegüent protonació dels benzimidazols i el trencament dels complexes d'inclusió. Este trencament provoca l'eixida del enzim de la superfície i la lliberació del colorant atrapat als pors. El tercer capítol de la tesis s'ha centrat en la preparació d'un material per a la lliberació controlada d'agents citotòxics en cèl¿lules canceroses en resposta a canvis en el potencia redox. De nou s'empren nanopartícules de sílice mesoporoses amb els pors carregats amb un colorant (safranina O) i la superfície externa funcionalitzada amb dos polietilenglicols (de diferent pes molecular) contenint enllaços disulfur. En presència de glutatió es produeix la reducció del enllaç disulfur amb la consegüent lliberació del colorant. Una volta confirmat el protocol d'obertura, es va estudiar la internalització i la lliberació d'un fluoròfor i d'un agent citotòxic en el model cel¿lular HeLa, realitzant ademés assajos de viabilitat. En el quart capítol de la tesis s'ha preparat i s'ha estudiat un nanodispositiu per a la lliberació controlada en cèl¿lules senescents, en un model murí de fibrosis pulmonar. El material es prepara emprant nanopartícules de sílice mesoporoses i un galactooligosacàrid anclat a la superfície externa del material. En presència de cèl¿lules senescents, que sobreexpresen el enzim ¿-galactosidasa, es produeix la hidròlisis del oligosacàrid amb el consegüent alliberament de la càrrega atrapada en els pors del suport (rodamina B). Després dels estudis in vitro, la capacitat del nanodispositiu d'acumular-se i lliberar la càrrega en teixits rics en cèl¿lules senecents es va evaluar in vivo. Amb este propòsit, ratolins amb fibrosis pulmonar induïda, patologia en la que s'ha descrit l'aparició de senescència en els teixits danyats, es van tractar amb el material sintetitzat i posteriorment van ser examinats per a comprovar la capacitat d'acumular-se i lliberar la seua càrrega (fluoròfor) en la zona dels pulmons afectada. En el quint capítol s'ha explorat el procés de comunicació química en cascada utilitzant tres tipus de nanopartícules mesoporoses de sílice carregades amb diferents missatgers i funcionalitzades amb tres portes moleculars diferents. Quan, sobre una suspensió de les tres nanopartícules, s'afegeix l'enzim capaç d'hidrolitzar la porta molecular que bloqueja els pors del primer tipus de nanopartícules (S1), es produeix la lliberació del missatger 1 des de S1. Este missatger és capaç d'induir l'obertura del segon tipus de nanopartícules (S2), les quals lliberen al medi el missatger 2. Per últim, el missatger 2 és capaç d'obrir la porta molecular del tercer tipus de nanopartícules (S3), que lliberen finalment la seua càrr / Giménez Morales, C. (2016). Design of new bio-gated nanodevices for advanced communication processes and targeted controlled release of therapeutic agents [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62822 / TESIS

[EN] The present PhD thesis is centred in the design (using concepts of supramolecular chemistry), synthesis and characterization of different hybrid organic-inorganic materials for boron removal from aqueous media. The interaction between boron and organic groups, polyols, used in the development of these new adsorbents is also studied. In the first part of the thesis it is presented a brief review of supramolecular chemistry concepts, chemistry of boron and also the main methods for boron removal (first chapter) and, also, the objectives of this thesis (second chapter). The third chapter exposes the results obtained by using a ceramic foam as macroscopic support for active materials for boron removal. This support is previously "impregnated" with an inorganic silica mesoporous material (UVM-7) and, in a second step, it is functionalized with an organic group with high boron affinity (gluconamide). This organic group, which works as an adsorbent, remains anchored to a macroscopic support, which will facilitate the use of these materials in industrial applications. Once the material is synthetized their boron adsorption and elimination abailability in aqueous media is studied and its ulterior reutilization. The fourth chapter of the PhD thesis is focused on the preparation of low cost materials for boron adsorption from water. In first place, it is used, as inorganic scaffolding, UVM-7 material, a mesoporous silica phase with a bimodal pore system. This material has a high boron adsorption capacity after its functionalization with the polyalcohol (as it is shown in the previous chapter) nevertheless, the reagents used in the synthesis tetraethylorthosilicate, as silica source, and hexadecyltrimethylammonium bromide, as templating agent are so expensive that they induce a high cost of final materials. In this chapter is presented as an alternative another materials which are able to perform as inorganic scaffolds: UVM-11 (surfactant-free mesoporous material), two silica xerogels with pores within the mesoporous range and comercial high surface area silica fume were prepared. Once all the materials are synthetized they are functionalized with gluconamides which are the active compounds for boron adsorption. Finally, a comparative study of the boron adsorption capacities in water is carried out. Low cost materials present comparable boron removal to those of higher cost and comercially abailable materials. Finally, in the fith chapter of this PhD thesis, the adsorption mechanism of boron on the active materials (based on UVM-7 as inorganic support) is studied using solid Nuclear Magnetic Resonance measures of 11B and 13C and using techniques as Magic Angle Sppining, crossed polarization and heteronuclear polarization disacoplament. To do that, a hybrid material composed by UVM-7 matrix grafted with gluconamide is prepared and then the solid is put in contact with different boron quantities. Final solids are characterized through 13C and 11B NMR, showing the formation of boronesters between gluconamide diol groups and boron adsorbed. When low boron concentration is used, bisquelate complexes are formed (B:glucosa = 1:2), however with higher concentrations monoquelate complexes are formed (B:glucosa = 1:1). This work was carried out in collaboration with the research group of "sol-gel materials and NMR", appertaining to the center of "Chimie de la matière condensée de Paris" of the "Université Pierre et Marie Curie". / [ES] La presente tesis doctoral está dedicada al diseño (empleando conceptos de química supramolecular), síntesis y caracterización de diferentes materiales híbridos orgánico-inorgánicos para la eliminación de boro en medios acuosos. También se ha procedido a estudiar detalladamente la interacción del boro con las agrupaciones orgánicas, polialcoholes, empleadas en el desarrollo de estos nuevos adsorbentes. En la primera parte de la tesis de presenta una introducción en la que se revisa los conceptos de química supramolecular, química del boro y los principales métodos de eliminación de boro (primer capítulo) y, también, se exponen los objetivos de la tesis (segundo capítulo). Ya en el tercer capítulo se exponen los resultados obtenidos empleando una esponja cerámica como soporte macroscópico para los materiales activos frente a la eliminación de boro. Este soporte se "impregnan" previamente con un material inorgánico silíceo mesoporoso (UVM-7) y, en una fase posterior, se funcionaliza con un grupo orgánico con alta afinidad hacia el boro (gluconamida). El grupo orgánico que funcionará como adsorbente queda así anclado a un soporte de tamaño macroscópico que facilitará la aplicación de estos materiales a gran escala. Una vez preparado y caracterizado se estudió la capacidad del material para adsorber y eliminar boro de medios acuosos y su posterior reutilización. En el cuarto capítulo de la tesis doctoral se aborda la preparación de materiales adsorbentes de bajo coste económico para la eliminación de boro en medios acuosos. En primer lugar se emplea, como soporte inorgánico, UVM-7 una sílice mesoporosa con un sistema bimodal de poros. Este material tiene una capacidad de adsorción de boro muy elevada una vez funcionalizado con el correspondiente polialcohol (tal y como se expone en el capítulo anterior) sin embargo los reactivos para su síntesis tetraetilortosilicato como fuente de sílice y bromuro de cetiltrimetilamonio como agente director de estructura son muy caros con lo que el material final presenta un elevado coste. En este capítulo se presenta como alternativa otros materiales que puedan actuar como soportes inorgánicos: UVM-11, material mesoporoso que no requiere de agente director de estructura en su síntesis, dos xerogeles con poros en el rango meso y una sílice comercial nanoparticulada de elevada superficie específica. Una vez sintetizados y caracterizados los cinco soportes se funcionalizaron con gluconamidas, que son los componentes activos frente a la adsorción de boro. Finalmente, se realiza un estudio comparativo de la capacidad de eliminación de boro de los cinco materiales preparados. Los materiales de bajo coste estudiados presentan una capacidad de eliminación de boro comparable a los materiales de mayor coste y a los materiales comercialmente disponibles. Por último, en el capítulo cinco de esta tesis doctoral, se aborda el estudio del mecanismo de adsorción del boro en los materiales activos preparados (basados en UVM-7 como soporte inorgánico) mediante medidas de resonancia magnética nuclear de sólidos, tanto de 13C como de 11B empleando las técnicas de rotación en ángulo mágico, polarización cruzada, y el desacoplamiento dipolar heteronuclear. Para ello se prepara un material híbrido formado por una matriz de UVM-7 funcionalizada con gluconamidas y este sólido se pone en contacto con diferentes cantidades de boro. Los sólidos finales se caracterizan mediante RMN de 13C y de 11B, observándose la formación de boroesteres entre los grupos diol de las gluconamidas ancladas y el boro adsorbido. Cuando la concentración de boro empleada es baja se forman complejos bisquelados (B:glucosa = 1:2) mientras que a concentraciones altas empiezan a formarse complejos monoquelados (B:glucosa = 1:1). Este trabajo se llevó a cabo en colaboración con el grupo de investigación de "Materiales sol-gel y RMN", perteneciente al centro "Chimie de la matiè / [CAT] La present tesi doctoral està dedicada al disseny (empleant conceptes de química supramolecular), síntesi i caracterització de diferents materials híbrids orgànico-inorgànics per a la el¿liminació de bor en medi aquòs. També s'ha precedit a estudiar detalladament la interacció del bor amb les agrupacions orgàniques, polialcohols, empreats en el desenvolupament d'aquestos nous adsorbents. En la primera part de la tesi es presenta una introducció en la que es revisen els conceptes de química supramolecular, química del bor i els principals mètodes de el¿liminació de bor (primer capítol) i, també, s'exposen els objectius de la tesi (segon capítol). Ja en el tercer capítol s'exposen els resultats obtinguts empreant una esponja ceràmica com a suport macroscòpic per als materials actius front a l'el¿liminació del bor. Aquest suport s'impregna prèviament amb un material inorgànic de sílice mesoporós (UVM-7) i, en una següent fase, es funcionalitza amb un grup orgànic amb alta afinitat cap al bor (gluconamida). El grup orgànic que funcionarà com a adsorbent queda aixina anclat a un suport de tamany macroscòpic que facil¿litarà l'aplicació d'aquestos materials a gran escala. Una vegada preparat i caracteritzat s'estudia la capacitat del material per a adsorber i el¿liminar bor en medi aquós i la seua posterior reutilització. Al quart capítol de la tesi doctoral s'aborda la preparació de materials adsorbents de baix cost econòmic per a l'eliminació de bor en medi aquòs. En primer lloc, s'empra, com a suport inorgànic, UVM-7 una sílice mesoporosa amb un sistema bimodal de porus. Aquest material té una capacitat d'adsorció molt elevadadeprés de la seua funcionalització amb el corresponent polialcohol (tal i com s'exposa al capítol anterior), no obstant això els reactius que s'utilitzen per a la seua síntesi tetraetilortosilicat com a font de sílice i bromur de cetiltrimetilamoni com agent director d'estructura són molt cars, per tant el material final presenta un elevat cost. En aquest capítol es presenta com alternativa altres materials que puguen actuar com a suports inorgànics: UVM-11, material mesoporòs que no requereix d'agent director d'estructura durant la seua síntesi, dos xerogels en porus en el rang meso i una sílice comercial nanoparticulada amb elevada superficie específica. Una vegada sintetitzats i caracteritzats els cinc suports es funcionalitzen en gluconamides, que són els components actius front a la adsorció de bor. Finalment, es realitza un estudi comparatiu de la capacitat d'el¿liminació de bor dels cinc materials preparats. Els materials de baix cost estudiats presenten una capacitat de eliminació de bor semblant als materials de major cost i als materials comercialment disponibles. Per últim, al capítol cinc d'aquesta tesi doctoral, s'aborda l'estudi del mecanisme d'adsorció de bor als materials actius preparats (basats en UVM-7 com a suport inorgànic) mitjançant medides de resonància magnética nuclear de sólids, tant de 13C com de 11B emprant tècniques de rotació en àngul màgic, polarització creuada, i el desacoplament dipolar heteronuclear. Per a ell es prepara un material híbrid format per una matriu de UVM-7 funcionalitzada amb gluconamides i aquest sòlid es posa en contacte amb diferents quantitats de bor. Els sòlids finals es caracteritzen mitjançant RMN de 13C i de 11B observant-se la formació de borésters entre els grups diol de les gluconamides anclades i el bor adsorbit. Quan la concentració de bor emprada és baixa es formen complexos bisquelats (B:glucosa = 1:2) mentre que a concentracions més altes comencen a formar-se complexos monoquelats (B:glucosa = 1:1). Aquest treball és va realitzar ne col¿laboració amb el grup d'investigació de "Materials sol-gel i RMN", perteneixent al centre "Chimie de la matière condensée de Paris" de la "Université Pierre et Marie Curie". / Sanfeliu Cano, C. (2016). Organic-inorganic hybrid materials for boron removal from aqueous media [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63277 / TESIS

La presente tesis doctoral, que lleva por título “Diseño de nuevos nanomateriales híbridos con puertas moleculares como nanodispositivos para aplicaciones terapéuticas” está centrada en el desarrollo de nuevos materiales funcionales híbridos orgánico-inorgánicos para aplicaciones de liberación controlada. Los dos capítulos de la presente tesis en los que se describen los resultados obtenidos (el segundo y el tercer capítulos) están directamente relacionados con el uso de las nanopartículas mesoporosas de sílice como matriz inorgánica en el desarrollo de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos para aplicaciones en liberación controlada. Aun así, los resultados se han dividido en dos capítulos, dependiendo del estímulo aplicado para la liberación de la molécula encapsulada. En uno de los capítulos, los diferentes materiales desarrollados se basan en nanodispositivos controlados enzimáticamente, mientras que en el otro capítulo es un cambio de pH o de fuerza electroestática (en los dos casos debido a la presencia de un microorganismo patógeno) el que causa la consecuente liberación de la carga. En el caso de los nanodispositivos controlados enzimáticamente, los cuales se describen en el Capítulo 2, se desarrollaron tres sólidos diferentes. El primer ejemplo se basó en el diseño, síntesis y caracterización de nanopartículas mesoporosas de sílice recubiertas con sales de azopiridinio, que se hidrolizan en presencia de esterasas y reductasas, las cuales se encuentran en la microflora del colon. Estas sales, que contienen un enlace azoico, se seleccionaron para una posible liberación selectiva en el colon. Los estudios de viabilidad celular e internalización se llevaron a cabo con células HeLa, así como los estudios de liberación del agente quimioterapéutico camptotecina. Un segundo ejemplo se centró en el diseño, síntesis, caracterización y aplicaciones de un nuevo nanodispositivo que responde a la presencia de proteasas para liberación controlada, empleando nanopartículas de sílice cubiertas con el polímero -poli-L-lisina. En este caso, se pretendía evaluar dos mecanismos diferentes de anclaje del polímero y los dos dieron resultados positivos, aunque presentaron diferentes perfiles de liberación en cada caso. También se realizaron estudios de viabilidad e internalización celular con este nuevo nanodispositivo, así como la liberación de camptotecina en células HeLa. Finalmente, el último nanodispositivo que responde a la acción de un enzima; incluye el diseño y aplicación de un “scaffold” 3D inteligente con puertas moleculares, el cual consiste en la combinación de nanopartículas mesoporosas de sílice con puertas y biomateriales porosos clásicos. En este caso, las nanopartículas mesoporosas de sílice se cubrieron con poliaminas y ATP. Estas nanopartículas se incorporaron durante la síntesis de un “scaffold” de gelatina, el cual se preparó mediante técnicas de prototipado rápido (RP). En presencia de fosfatasa ácida se induce la liberación del colorante encapsulado en los poros de las nanopartículas. La fosfatasa ácida se seleccionó como estímulo activador de este material diseñado, ya que es un enzima cuya concentración se emplea para evaluar la actividad de los osteoclastos en procesos de remodelación ósea y como marcador en metástasis de huesos. Estas propiedades abren posibilidades de uso de esta combinación en el diseño de materiales funcionales para la preparación de numerosos “scaffolds” avanzados con puertas moleculares, que puedan ayudar en aplicaciones de medicina regenerativa y terapias de cáncer de huesos. Con respecto al otro tipo de nanodispositivos, que se muestra en el Capítulo 3, se ha evaluado el posible uso de las nanopartículas mesoporosas de sílice con puertas moleculares como posibles vehículos para la liberación controlada de fármacos cuando un microorganismo patógeno está presente. En este caso, el diseño y desarrollo de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos se ha basado en el uso de nanopartículas mesoporosas de sílice como matriz inorgánica, cubiertas con entidades moleculares orgánicas que podrían responder a un cambio en el pH del ambiente o a un cambio en la fuerza electroestática, debido a la presencia de un microorganismo patógeno, tales como hongos o bacterias. Uno de estos nanodispositivos desarrollados demuestra las aplicaciones y propiedades antifúngicas de un soporte cargado con tebuconazol y cubierto con moléculas que actúan de puerta molecular dirigida mediante un cambio de pH. El otro material presenta aplicaciones antibacterianas contra bacterias gram-positivas y gram-negativas, ya que se utiliza un nanodispositivo cargado con vancomicina y funcionalizado con -poli-L-lisina. En los dos casos, se ha demostrado que el uso de la nanoformulación puede mejorar la efectividad del fármaco encapsulado, mejorando y ampliando el espectro de acción del mismo, lo cual abre un gran abanico de posibilidades en aplicaciones de estos nanodispositivos en el tratamiento de infecciones. En resumen, se puede concluir que en la presente tesis se han desarrollado nuevos sólidos híbridos orgánico-inorgánicos, así como se han descrito las aplicaciones de estos nanodisposotivos como sistemas de liberación controlada. Los resultados obtenidos podrían ser útiles en futuros diseños de materiales híbridos avanzados en biotecnología, biomedicina y, concretamente, en aplicaciones terapéuticas (como terapias contra el cáncer, tratamiento de infecciones, medicina regenerativa, etc.) / Mas Font, N. (2014). Design of new hybrid nanomaterials with molecular gates as nanodevices for therapeutic applications [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48491 / TESIS

<p>Lithium ion batteries have been regarded as one of the most promising and intriguing energy storage devices in modern society since 1990s. A lithium ion battery contains three main components, cathode, anode, and electrolyte, and the performance of battery depends on each component and the compatibility between them. Electrolyte acts as a lithium ions conduction medium and two electrodes contribute mainly to the electrochemical performance. Generally, cathode is the limiting factor in terms of capacity and cell potential, which attracts significant research interests in this field.Different from conventional slurry thick film cathodes with additional electrochemically inactive additives, binder-free thin film cathode has become a promising candidate for advanced high-performance lithium ion batteries towards applications such as all-solid-state battery, portable electronics, and microelectronics. However, these electrodes generally require modifications to improve the performance due to intrinsically slow kinetics of cathode materials. </p> <p>In this thesis work, pulsed laser deposition has been applied to design thin film cathode electrodes with advanced nanostructures and improved electrochemical performance. Both single-phase nanostructure designs and multi-phase nanocomposite designs are explored. In terms of materials, the thesis focuses on manganese based layered oxides because of their high electrochemical performance. In Chapter 3 of the nanocomposite cathode work, well dispersed Au nanoparticles were introduced into highly textured LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂(NMC532) matrix to act as localized current collectors and decrease the charge transfer resistance. To further develop this design, in Chapter 4, tilted Au pillars were incorporated into Li₂MnO₃ with more effective conductive Au distribution using simple one-step oblique angle pulsed laser deposition. In Chapter 5, the same methodology was also applied to grow 3D Li₂MnO₃ with tilted and isolated columnar morphology, which largely increase the lithium ion intercalation and the resulted rate capability. Finally, in Chapter 6, direct cathode integration of NMC532 was attempted on glass substrates for potential industrial applications. </p>

La presente tesis doctoral, titulada "Nanotecnología y química supramolecular en procesos de liberación controlada y reconocimiento molecular para aplicaciones biomédicas", se centra en dos temas importantes: el reconocimiento molecular y los procesos de liberación controlada. Esta tesis doctoral está estructurada en cuatro capítulos. El primer capítulo introduce el concepto de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos funcionalizados con puertas moleculares y sus aplicaciones biomédicas como nanomateriales para dirigir y controlar la liberación controlada de fármacos. Además se introduce una breve descripción sobre sensors colorimétricos basados en la base de la quimica supramolecular, particularmente en los procesos de reconocimiento molecular. En particular, el capítulo 2 describe la preparacion de cinco nanodispositivos que responden a enzimas. Estos materiales híbridos se componen de dos unidades principales: un soporte mesoporoso basado en sílice inorgánica, capaz de encapsular moléculas orgánicas y un compuesto orgánico anclado en la superficie externa del soporte mesoporoso inorgánico que actúa como puerta molecular. Todos los sistemas propuestos utilizan puertas moleculares peptídicas que responden a temperatura o enzimas como estímulo. La segunda parte de esta tesis doctoral se centra en el diseño y desarrollo de un nuevo compuesto químico capaz de detectar monóxido de carbono in vivo. En resumen, para todos los resultados antes mencionados podemos decir que esta tesis doctoral constituye una contribución científica original al desarrollo de la química supramolecular. Sus resultados derivados de los estudios presentados dejan rutas abiertas para continuar el estudio y el desarrollo de nuevos materiales híbridos y sensors químicos más eficientes para aplicaciones biomédicas y terapeuticas. / This PhD thesis entitled "Nanotechnology and supramolecular chemistry in controlled release and molecular recognition processes for biomedical applications", is focused on two important subjects: molecular recognition and controlled delivery processes. This PhD thesis is structured in four chapters. The first chapter introduces the concept of organic-inorganic hybrid materials containing switchable "gate-like" ensembles and their biomedical applications as nanomaterials for targeting and control drug delivery. Furthermore, is introduced a short review about chromo-fluorogenic chemosensors based on basic principles of supramolecular chemistry, particulary in molecular recognition processes. In particular, in chapter 2 is focus on the development of enzymatic-driven nanodevices. These hybrid materials are composed of two main units: an inorganic silica based mesoporous scaffold, able to store organic molecules and an organic compound anchored on the external surface of the inorganic mesoporous support than acts as molecular gate. All the systems proposed use peptidic gates that respond to temperature or enzimatic stimulis. The second part of this PhD thesis is focused on the design and development of a new chemical compound capable of detecting carbon monoxide in vivo. In summary, for all the results above mentioned we can say that this PhD thesis constitutes an original scientific contribution to the development of supramolecular chemistry. Its results derived from the studies presented leaves open routes to continue the study and development of new hybrid materials and more efficient chemical sensors with biomedical and therapeutic applications. / La present tesi doctoral, titulada "Nanotecnologia i química supramolecular en processos d'alliberament controlat i reconeixement molecular per a aplicacions biomèdiques", es centra en dos temes importants de la química: el reconeixement molecular i els processos d'alliberament controlat. Aquesta tesi doctoral està estructurada en quatre capítols. El primer capítol introdueix el concepte de materials híbrids orgànics-inorgànics funcionalitzats amb portes moleculars i les seves aplicacions biomèdiques com nanomaterials per dirigir i controlar l'alliberament controlat de fàrmacs. A més s'introdueix una breu descripció sobre sensors colorimètrics fonamentats en la base de la química supramolecular, particularment en els processos de reconeixement molecular. En particular, el capítol 2 descriu la preparació de cinc nanodispositius que responen a enzims. Aquests materials híbrids es componen de dues unitats principals: un suport mesoporos basat en sílice inorgànica, capaç d'encapsular molècules orgàniques i un compost orgànic ancorat a la superfície externa del suport mesoporós inorgànic que actua com a porta molecular. La segona part d'aquesta tesi doctoral es centra en el disseny i desenvolupaent d'un nou compost químic capaç de detectar monòxid de carboni in vivo. En resum, per a tots els resultats abans mencionats podem dir que esta tesi doctoral constituïx una contribució científica original al desenvolupament de la química supramolecular. Els seus resultats derivats dels estudis presentats deixen rutes obertes per a continuar l'estudi i el desenvolupament de nous materials hibrids i sensors químics més eficients per a aplicacions biomèdiques i terapeutiques. / De La Torre Paredes, C. (2017). Nanotechnology and supramolecular chemistry in controlled release and molecular recognition proceses for biomedical applications" [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94043 / TESIS

This disseration covers the processing and characterization of nanocellulose polymer composites. In this disseration, two fiber spinning methods were developed to create high stiffness nanocomposite fibers from renewably-sourced materials and the properties of these nanocomposites were evaluated. Additionally, bulk nanocomposites were created and some of the properties of these materials, for different types of nanoparticles, are also discussed. Evaluation of nanocellulose as a nucleation agent in poly(lactic acid) is also presented for very small concentrations of nanocelluloses in a plasticized polymer.

Within the field of modern technology, nanomatrials, such as nanoparticles (NP), nanorods (NR), quantum dots (QD) etc. are, probably, the most prominent and promising candidates for current and future technological applications. The interest in nanomaterials arise not only form the continuous tendency towards dimensions minimisation of electronic devices, but also due to the fact, that new and, often, unique properties are acquired by the matter at the length scale between 1 and 100 nm. The ability to organize nanoparticles into ordered arrays extends the range of useful NP-based systems that can be fabricated and the diversity of functionalities they can serve. However, in order to successfully exploit nanoparticle assemblies in technological applications and to ensure efficient scale-up, a high level of direction and control is required. Recently, block copolymers (BCP) have attracted much attention as a powerful and very promising tool for creation of nanoscale ordered structures owing to their self-assembling properties. In addition, these systems offer the possibility to fabricate nanostructured composite materials via incorporation of certain nanoadditives (i.e. NPs). The concept is that by selective inclusion of the nanoparticles into one of the blocks of a self-assembling copolymer, the nanoparticles are forced into a defined spatial arrangement determined by the phase morphology of the block copolymer. In present work self-assembling phenomena of block copolymers was exploited to fabricate binary (NP/BCP) and ternary (NP1/NP2/BCP) composites, filled with pre-synthesized nanoparticles of various nature. Polystyrene-block-polyvinylpyridine block copolymers (PS-b-PVP) of various composition and molecular weight were used for fabrication of nanocomposites. The first part of the thesis focuses on fabrication of functional BCP-based composites containing magnetic nanoparticles (MNP), selectively assembled within one of the blocks of BCP matrix. Magnetic nanoparticles (MNPs) were selected among others since, as for today, there is the least number of successful results reported in literature on their selective incorporation into one of the phases of a BCP matrix. From the application point of view fabrication of periodic arrays of “magnetic domains” with periodicity on nanometer scale is also of interest for potential use in high-density magnetic data storage devices. For this purpose, ferrite-type MNP (Fe3O4, CoFe2O4) having apparent affinity toward polyvinylpyridine (PVP) phase were prepared using simple one-pot synthesis. Highly selective nanoparticles segregation into PVP domains of BCP was achieved owing to the presence of sparse stabilizing organic shell on the nanoparticles surface. Importantly, as-prepared MNPs did not require any additional surface modification step to acquire affinity towards PVP phase. Appropriate selection of annealing conditions allowed to produce patterns of nearly perfect degree of lateral order over relatively large surface large area (more than 4 sq µm). The second task of present work was fabrication of ternary NP1/NP2/BCP hybrid composites with two different types of nanoparticles being selectively localized in different microdomains of phase segregated block copolymer matrix. So far as only few studies have been reported on developing of approaches toward ternary composites, creation of alternative and straight forward routes toward such systems is still a challenge. In the frame of this part of present work, silver nanoparticles (AgNPs) covered with polystyrene shell were prepared, with the purpose to be incorporated into polystarene phase of phase separated PS-b-PVP block copolymer matrix. Two different approaches were tested to achieve desired three-component system. First, supposed simple blending of block copolymer and two kinds of nanoparticles having specific affinity toward different blocks of BCP in common solvent. After preparation of MNP/AgNP/BCP composite thin film and subsequent solvent vapour annealing, different domains of microphase segregated PS-b-PVP BCP were filled with different type of nanoparticles. Alternatively, step-wise approach for nanoparticles incorporation was developed and implemented for successful selective nanoparticles incorporation. For this purpose polystyrene stabilized AgNPs (i.e. NP1) were initially mixed with PS-b-PVP BCP to produce composite thin films having nanoparticles selectively located within PS microdomains, while citrate-stabilized second type nanoparticles (i.e NP2) were deposited from their aqueous solutions into PVP domains of AgNP/PS-b-PVP composites. By partition of nanoparticles incorporation procedure into two distinct steps it was also possible to increase effective loading of each type of NPs into BCP matrix.

Au cours des dernières années, de nombreuses recherches se sont concentrées sur les batteries afin de satisfaire leur demande croissante pour de nombreuses applications. Les matériaux hybrides métal/carbone ont fait l'objet d'une grande attention en tant qu'anodes pour les batteries ioniques Li et Na en raison de leur capacité plus élevée par rapport aux anodes graphite/carbone dur. Cependant, l'expansion de la taille des NPs métalliques et la forte capacité irréversible pendant le 1ercycle sont les principaux inconvénients à surmonter et représentent l'objectif principal de cette thèse. Trois types d'hybrides ont été étudiés (C@Sn et C@SiO2pour les LIBs, et C@Sb pour les NIBs) et des voies de synthèse originales ont été développées qui ont permis d'obtenir des matériaux avec des NPs petites et homogènes distribuées dans le réseau de carbone. Plusieurs paramètres expérimentaux ont été optimisés, conduisant à une vaste palette de matériaux avec des porosités, des structures et des granulométries différentes. La température et la charge de particules se sont avérées être les principaux paramètres affectant la porosité et la taille des particules ainsi que les performances électrochimiques. L'augmentation de la température et de la charge de NPs ont conduit à une porosité plus faible qui a permis de diminuer la capacité irréversible et d'améliorer la capacité réversible. En même temps, le cycle à long terme a été affecté négativement en raison de la formation de particules non confinées et agglomérées. Un compromis entre la charge de carbone/porosité/structure a été déterminé pour chaque système et les mécanismes électrochimiques traités sur la base d'analyses post-mortem. / During the last years a lot of research has been focused on batteries to satisfy their increasing demand for a broad application. Metal-based/carbon hybrid materials received great attention as anodes for Li and Na ion batteries due to their higher capacity compared to graphite/hard carbons anodes. However, the metal particle size expansion and the high irreversible capacity during cycling are the main inconvenients to be overcome and represent the main goal of this thesis. Three type of hybrids were studied(C@Sn and C@SiO2for LIBs, and C@Sb for NIBs) and original synthesis pathways were developed which allowed to obtain materials with small and homogeneous distributed particles in the carbon network. Several experimental parameters were tuned leading to a large pallet of materials exhibiting different porosities, structures and particle size/distribution. The temperature and the particle loading were found to be the main parameters affecting the porosity and the particle size and further the electrochemical performances. The increase of both temperature and particle loading lead to smaller porosity which successfully allowed to diminish the irreversible capacity and to improve the reversible capacity. In the same time, the long-term cycling was negatively affected due to the formation of un-confined and agglomerated particles. The extent of particle agglomeration and consequently of capacity fading was found to depend on the type of metal and synthesis route. A compromise between the carbon loading/porosity/structure was determined for each system and the electrochemical mechanisms addressed based on post-mortem analyses.