Cardiovascular diseases (CVD) remain the number one cause of mortality globally. Compared with autologous vessels, synthetic vascular grafts such as poly (ethylene terephthalate) (PET) vascular grafts are still widely used to replace or bypass diseased arteries. However, PET is susceptible to thrombosis when in contact with blood. In this study, “bioactive”/“bioinert” agents – heparin and poly(ethylene glycol) (PEG) were immobilized covalently on chemically inert PET substrate using a special surface modification technique – surface interpenetrating network (IPN) successfully. The improved haemocompatibility of heparin modified PET surface was proved by a platelet adhesion assay. The PEG modified PET substrate also demonstrated decreased platelet adhesion. Further research has been conducted to immobilize aliphatic chains ended with sulfate and carboxylate groups (existing in heparin) on a model substrate. In vitro thrombus formation test indicated an interesting anticoagulating action between those anionic groups with an optimal ratio in the range of (3:1) and (4.5:1).

Cardiovascular diseases (CVD) remain the number one cause of mortality globally. Compared with autologous vessels, synthetic vascular grafts such as poly (ethylene terephthalate) (PET) vascular grafts are still widely used to replace or bypass diseased arteries. However, PET is susceptible to thrombosis when in contact with blood. In this study, “bioactive”/“bioinert” agents – heparin and poly(ethylene glycol) (PEG) were immobilized covalently on chemically inert PET substrate using a special surface modification technique – surface interpenetrating network (IPN) successfully. The improved haemocompatibility of heparin modified PET surface was proved by a platelet adhesion assay. The PEG modified PET substrate also demonstrated decreased platelet adhesion. Further research has been conducted to immobilize aliphatic chains ended with sulfate and carboxylate groups (existing in heparin) on a model substrate. In vitro thrombus formation test indicated an interesting anticoagulating action between those anionic groups with an optimal ratio in the range of (3:1) and (4.5:1).

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Cette étude porte sur l’application de la réaction de Diels-Alder dans la synthèse de réseaux polymères thermoréversibles ainsi que la compatibilisation de mélanges de polymères initialement immiscibles. Les polymères étudiés ne sont autres que le polyméthacrylate de méthyle et le polyuréthane. Les réseaux thermoréversibles sont obtenus par réaction de Diels-Alder faisant intervenir le couple furanne-maléimide. Les polymères fonctionnalisés furanne ou maléimide sont obtenus soit par modification chimique d’un polymère commercial (cas du PMMA) soit par réaction de polyaddition (cas du polyuréthane). Les réseaux sont ensuite obtenus par réaction de DA avec des agents de couplage maléimide (bis- ou tris-maléimide) pour les polymères fonctionnalisés furanne ou par réaction de DA avec des agents de couplage furanne pour les prépolymères fonctionnalisés maléimide. La thermo-réversibilité a été soulignée par DSC, par des tests de solubilité à chaud ainsi que par rhéologie. Des réseaux interpénétrés thermoréversibles PMMA/PU ont été également obtenu par Diels-Alder et ce grâce à la présence d’interaction supramoléculaire entre les deux phases. / This study focuses on the application of the Diels-Alder reaction in the synthesis of thermoreversible polymer networks and compatibilization of immiscible polymer blends. The studied polymers are polymethyl methacrylate and polyurethane. Thermoreversible networks were obtained by a Diels-Alder involving furan-maleimide couple. The furan or maleimide functionalized polymers were obtained either by chemical modification of a commercial polymer (case of PMMA) or by polyaddition reaction (case of polyurethane). Networks were then obtained by DA reaction with maleimide coupling agents (bis-or tris-maleimide) for furan functionalized polymers or DA reaction with furan coupling agents for maleimide functionalized prepolymers. The thermoreversibility was highlighted by DSC, solubility tests (at high temperature) as well as rheology. Thermoreversible interpenetrating PMMA/PU networks were also obtained by Diels-Alder reaction and this is due to the presence of supramolecular interaction between the two phases

Title: Spectroscopic Study of the Dynamical Behavior and Interactions in Supramolecular and Macromolecular Systems Author: Marek Radecki Department: Department of Macromolecular Physics Supervisor: Doc. RNDr. Lenka Hanyková, Dr., Department of Macromolecular Physics Abstract: In this thesis, the temperature-induced phase transition in liner polymer solutins and hydrogels of semi-interpenetrating (SIPNs) and interpenetrating (IPNs) polymer networks was studied with respect to various composition, network architecture and procedure. Thermoresponsive linear polymers based on poly(vinyl methyl ether) (PVME) in water and with terc-buthyl based additives, IPNs of polyacrylamide (PAAm), poly(N -isopropylacrylamide) (PNIPAm), poly(N - vinylcaprolactam) (PVCL) and IPNs and SIPNs of poly(N,N -diethylacrylamide) (PDEAAm) were investigated by the methods of nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), differential scanning calorimetry (DSC), optical microscopy (OM) and swelling experiments. The effect of polymer concentration and presence of additives on the dynamics during the phase separation as well as interactions between the water and the polymer in aqueous solutions of PVME and PVME/additives were established. The increasing content of hydrophilic PAAm component in SIPNs and IPNs shifts the transition toward...

Récemment, les actionneurs ioniques ultra-minces à base de poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) ont surmonté certains obstacles initiaux pour augmenter le potentiel d'applications dans les dispositifs microfabriqués. Bien que la microfabrication d’actionneurs à trois couches, n’impliquant aucune manipulation manuelle, ait été démontrée, leurs performances mécaniques restent limitées pour des applications pratiques. Le but de cette thèse est d'optimiser les transducteurs dans la phase de fabrication des couches minces en utilisant des micro technologies, de caractériser complètement les propriétés électrochimiques des transducteurs ainsi obtenus, et de développer un modèle pour simuler leurs capacités électromécaniques bidirectionnelles (actionnement et détection). Tout d'abord, les actionneurs à trois couches ultra-minces à base de PEDOT sont fabriqués par polymérisation en phase vapeur de 3,4-éthylènedioxythiophène en réalisant un procédé de synthèse couche par couche. Le travail présenté constitue la première caractérisation complète de microactionneurs ioniques à base de PEDOT fonctionnant dans l’air d’une si faible épaisseur (17 μm) présentant une déformation en flexion et une génération de force de 1% et 12 μN respectivement. En effet, les propriétés électriques, électrochimiques et mécaniques des microactionneurs ont été minutieusement étudiées. La caractérisation non linéaire a été étendue à la dépendance de la capacité volumétrique sur une fenêtre de tension. Le coefficient d'amortissement a été caractérisé pour la première fois. Par ailleurs, un modèle multi-physique non linéaire a été proposé comme méthode de simulation des réponses en mode actionneur et capteur dans des couches multiples, représenté à l'aide d'un formalisme Bond Graph, et a été capable de mettre en œuvre tous les paramètres caractérisés. La concordance entre les simulations et les mesures a confirmé l'exactitude du modèle pour prédire le comportement dynamique non linéaire des actionneurs. En outre, les informations extraites du modèle ont également permis de mieux comprendre les paramètres critiques des actionneurs et leur incidence sur l'efficacité de l'actionneur et sur la distribution de l'énergie. Enfin, un nouveau modèle linéaire électromécanique bidirectionnel a été introduit pour simuler la capacité de détection du transducteur à trois couches et a été confirmé par des résultats expérimentaux dans les domaines fréquentiel et temporel d'un déplacement d'entrée sinusoïdal. Les actionneurs résultants et les modèles proposés sont prometteurs pour la conception, l'optimisation et le contrôle des futurs dispositifs de microsystèmes souples dans lesquels l'utilisation d'actionneurs en polymère devrait être essentielle. / Recently, ultrathin poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) – based ionic actuators have overcome some initial obstacles to increase the potential for applications in microfabricateddevices. While microfabrication processing of trilayer actuators that involve no manual handling has been demonstrated, their mechanical performances remain limited for practical applications. The goal of this thesis is to optimize the transducers in thin films fabrication by micro technologies, fully characterize the electrochemomechanical properties of the resulting trilayers, and develop a model to simulate their bidirectional electromechanical ability (actuation and sensing). At first, ultrathin PEDOT-based trilayer actuators are fabricated via the vapor phase polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene combining with the layer by layer synthesis process. This constitutes the first full characterization of ionic PEDOT-based microactuators operating in air of such a small thickness (17 μm) having bending deformation and output force generation of 1% and 12 μN respectively. Secondly, electrical, electrochemical and mechanical properties of the resulting microactuators have been thoroughly studied. Non-linear characterization was extended to volumetric capacitance dependence on voltage window. Damping coefficient was characterized for the first time. Thirdly, a nonlinear multi-physics model was proposed as a method of simulating actuator and sensor responses in trilayers, represented using a Bond Graph formalism, and was able to implement all of the characterized parameters. The concordance between the simulations and the measurements confirmed the accuracy of the model in predicting the non-linear dynamic behavior of the actuators. In addition, the information extracted from the model also provided an insight into the critical parameters of the actuators and how they affect the actuator efficiency, as well as the energy distribution. Finally, a nouveau bidirectional electromechanical linear model was introduced to simulate the sensing ability of the trilayer transducer and was confirmed via experimental results in both frequency and time domains of a sinusoidal input displacement. The resulting actuators and the proposed models are promising for designing, optimizing, and controlling of the future soft microsystem devices where the use of polymer actuators should be essential.

Le but de cette thèse était de développer de nouveaux électrolytes polymères pour une application batteries lithium métal polymère. Le premier volet concerne le développement des réseaux semi-interpénétrés à base de POE et d'un polycondensat. Ces types d'électrolytes ont permis de d'améliorer les propriétés mécaniques et les conductivités à haute et basse température. L'ajout de NCC comme renfort sur ces réseaux semi-interpénétrés a permis d'atteindre propriétés physico-chimiques intéressantes et des durées de vie élevées. De plus l'hydrogénation du polycondensat permettant de moduler sont taux de réticulation a permis d'obtenir un électrolyte (en présence du LiTFSI) présentant des conductivités de 1S.cm-1 à 90°C pour un rapport O/Li=20 et O/Li=30 avec une tenue mécanique de 0,5MPa jusqu'à 100°C. Dans le second volet une série de sels de lithium à anion organique a été synthétisée et caractérisée. Ces sels de lithium présentent des bonnes stabilités électrochimiques, thermiques et des conductivités cationiques parfois plus élevées que LITFSI en milieu polymère. Le dernier volet concerne la synthèse et la caractérisation physico-chimique des nouveaux ionomères perfluoré. Ces nouveaux ionomères à conduction cationique unipolaire sont obtenus à partir de monomères aromatiques porteurs de fonctions ioniques ayant une forte aptitude à la dissociation et des nombres de transport cationique proche de 1 à 70°C. / The aim of this thesis was to develop new polymer electrolytes for application of lithium metal polymer batteries. The first part concerns the development of semi-interpenetrating networks based on POE and a polycondensat. These types of electrolytes made it possible to improve the mechanical properties and conductivity at high and low temperatures. The addition of NCC as a reinforcement on the semi-interpenetrating network has led to interesting physicochemical properties and high cycle life for batteries.The partial hydrogenation of the polycondensat allowing the modulation of the reticulation ratio has allow to elaborate as an electrolyte (in the presence of LiTFSI) exhibiting 1S.cm-1 conductivities at 90 ° C for a ratio O/Li=20 and O/Li=30 with a mechanical strength of 0.5MPa to 100 ° C. In the second part a range of lithium with organic anion was synthesized and characterized. These lithium salts show good electrochemical and thermal stability, whereas ionics conductivities are sometimes higher than LiTFSI in polymer medium. The last part concerns the synthesis and physicochemical characterization of new perfluorinated ionomers. These new cationic ionomers with a unipolar conduction are obtained from aromatic monomers carriers ionic functional having a high ability to dissociation and cation transport numbers close to 1 at 70 ° C.