Les micelles apparaissent comme prometteuses dans le domaine de la vectorisation de médicaments. Afin d’améliorer leur biocompatibilité nous nous intéressons ici à des synthèses originales de copolymères amphiphiles comportant un bloc hydrophobe lipidique biosourcé. Un polymère intelligent constitue le bloc hydrophile. L’huile de lin subit une modification chimique afin d’introduire un site amorceur de polymérisation. Le bloc hydrophile est alors ajouté par polymérisation contrôlée. Deux copolymères sont obtenus, le lipide-b-poly(acide acrylique), pH-sensible et le lipide-b-poly(2-isopropyl-oxazoline), thermo-sensible. Une caractérisation physico-chimique complète révèle des concentrations micellaires critiques basses et des micelles de 10 nm. Un système mixte est préparé par mélange des deux copolymères. L’étude de ce système prouve une sensibilité aux deux stimuli. Afin d’améliorer la stabilité des micelles, nous proposons la photo-réticulation des insaturations de la chaîne lipidique. / Small micellar systems seem to be really promising candidates for drug delivery applications. In order to improve the bio-assimilation of our system, the original synthesis of amphiphilic copolymers from linseed oil is carried out. First, linseed oil is chemically modified in order to introduce a polymerization initiating site. Then, the lipoinitiator is engaged in the controlled polymerization of the hydrophilic block. Two amphiphilic copolymers are obtained through this strategy: a pH-sensitive lipid-b-poly(acrylic acid), and a thermo-sensitive lipid-b-poly(2-isopropyl-oxazoline). Both present a low critical micellar concentration and form small micelles (~10 nm). By mixing both copolymers, mixed micelles responding to both stimuli were obtained. In order to improve the system’s stability, the photo-cross-linking of the lipidic double bonds in the micelle’s core is finally realized.

Self-assembly is ubiquitous in nature. A diverse range of materials with exceptional properties are accessed from a limited number of sub-units, through controlling structural order on all length-scales. Achieving the same level of control to access functional materials akin to those in nature is a key challenge in chemistry. Self-assembly of block copolymers (BCPs) offers a valuable bottom-up route, governed by non-covalent interactions, to access ordered assemblies on the nanoscale. Anisotropic nanostructures, such as one- and two-dimensional (1D and 2D) micelle morphologies, are of particular interest for various applications including those in biomedicine, catalysis, optoelectronics, and materials engineering. Crystallization-driven self-assembly (CDSA) of BCPs containing a crystallizable core-forming segment presents a robust route to preparing 1D and 2D micelles. Significantly, the use of pre-existing seed micelles in a process termed living CDSA allows access to 1D and 2D nanostructures of controlled size and low size-dispersity. Although CDSA protocols represent powerful tools for the formation controlled 1D and 2D nanostructures, key challenges associated with scale-up of these processes remain. In most cases, increasing the concentration at which living CDSA is performed results in competitive self-nucleation, compromising micelle size-control and dispersity. Living polymerization-induced crystallization-driven self-assembly (PI-CDSA) has been presented as a promising alternative route to accessing scalable 1D micelles. In this case, the polymerization, self-assembly, and seeded growth of a BCP containing a crystallizable core-forming segment occur in situ. However, the scope of living PI-CDSA is currently limited to the use of polyferrocenylsilane (PFS)-based BCPs. Owing to the diverse range of crystalline core chemistries compatible with CDSA protocols, and therefore various promising applications of 1D and 2D micelles, scale-up is essential to facilitate their further investigation and application. The work presented in this thesis focusses on upscaling the preparation and processing of controlled 1D and 2D micelles with a crystalline core. The scalable preparation of low dispersity 2D platelet micelles by living CDSA of a charge-terminated PFS homopolymer with surfactant counteranions is presented in Chapter 2. Here, fundamental insight into the effects of living CDSA concentration on platelet dimensions, structure fidelity, and aggregation behaviour is provided. In Chapter 3, the scope of living PI-CDSA is extended to access scalable length-controlled low dispersity 1D nanofibers containing a biodegradable poly(fluorenetrimethylenecarbonate) (PFTMC) crystalline core. PFTMC-based 1D fibers are of interest for biomedical applications, hence, in this work, it is demonstrated that living PI-CDSA can be used to prepare fibers exhibiting biologically-relevant lengths at scalable concentrations. In Chapter 4, the scalable formation of low dispersity 1D micelles by living CDSA of a PFS-based BCP in a continuous flow setup is explored. Processing of 1D micelles into microfibers using simple, low cost, and high throughput electrospinning techniques is demonstrated in Chapter 5. Finally, Chapter 6 summarises the contribution of this thesis to improving the scalability of CDSA protocols and provides future directions for this work. / Graduate / 2023-04-12

Les travaux décrits dans ce manuscrit portent sur l’étude de nanostructures obtenues par auto-assemblages d’amphiphiles diacétyléniques polymérisables. Essentiellement deux familles de composés ont été étudiées (micelles sphériques et rubans en bicouches) et valorisées, d'une part, pour des applications biomédicales et, d’autre part, pour la catalyse. Dans un premier temps, des micelles cationiques polymérisées assemblées à partir d’amphiphiles diacétyléniques sont synthétisées. Ces micelles ont été valorisées pour la prise en charge et la transfection d’ARN interférents in vitro. Ensuite, un catalyseur micellaire « biocompatible » incorporant du cuivre a été développé pour promouvoir des transformations chimiques in vitro. Nos études ont ainsi porté sur la réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen que nous avons mise en œuvre dans le compartiment intracellulaire. Enfin, nous nous intéressons à la synthèse et à la formulation d’amphiphiles diacétyléniques en architectures supramoléculaires qui ont été utilisées pour la catalyse asymétrique et semi-hétérogène de la réaction d'aldolisation. / The work described in this manuscript focuses on the study of nanostructures obtained by self-assembly of polymerizable diacetylenic amphiphiles. Two families of compounds have been studied (spherical micelles and bilayer ribbons) and used for biomedical applications on the one hand and for catalysis on the other. At first, polymerized cationic micelles assembled from diacetylenic amphiphiles are synthesized. These micelles were valorized for the transfection of small interfering RNAs in vitro. Then a "biocompatible" micellar catalyst incorporating copper was developed to promote in vitro chemical transformations. Our studies focused on the Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition that we implemented in the intracellular compartment. Finally, we are interested in the synthesis and formulation of supramolecular architectures from diacetylenic amphiphiles. These systems have been used for the asymmetric and semi-heterogeneous catalysis of the aldol reaction.

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Cette thèse, consacrée à la synthèse de fluorures dopés par des ions de terres rares par chimie douce, a fait l'objet de deux types de synthèses particulières : la synthèse sol-gel et la synthèse par micelles inverses, toutes deux réalisées dans des milieux non-aqueux. La synthèse sol-gel, consistant en la dissolution d'acétates métalliques dans de l'acide trifluoroacétique et de l'isopropanol, a été mise en œuvre afin de réaliser des guides d'ondes amplificateurs à 1.54 μm grâce au dopage à l'erbium. La réalisation des films par dip-coating de sols de PbF2 :Yb-Er (20-10 %) sur des substrats de CaF2 a permis la réalisation de films de qualité suffisante à la réalisation de guides pouvant propager un faisceau laser à 632.8 nm avec des pertes de 5 dB/cm sur ces films mais des progrès restent à faire pour l'amplification à 1.54 μm. Des cristaux se sont formés dans les sols de K3InF6. Selon les conditions d'évaporation du sol, ces cristaux sont différents. Ils ont permis de caractériser des intermédiaires réactionnels permettant, après recuit, de former le fluorure cristallin. Plus le sol évolue, plus les groupements acétates présents initialement en solution autour des cations sont remplacés par des groupements trifluoroacétates. La méthode des micelles inverses dans un milieu non-aqueux a été développée sur le modèle de synthèses existantes. Dans notre cas, le surfactant est du polystyrène, son solvant est le tétrahydrofurane. Le solvant de cœur de la micelle inverse, cœur dans lequel se déroulent les réactions de synthèse des nanoparticules est l'isopropanol. Ces nanoréacteurs, caractérisés par diffusion de neutrons aux petits angles, sont de type coquille avec une taille maximale de 10 nm lorsque le volume d'isopropanol est introduit dans la quantité limite de stabilité de la micelle. Les nanoparticules synthétisées à partir de ces micelles ont des tailles variant de 3 à 35 nm en fonction du taux de dopage en ions de terres rares introduits dans la solution d'isopropanol ainsi que de la nature du contre-ion précurseur (nitrate ou acétate) et de la matrice fluorée (PbF2 ou CaF2). Les propriétés spectroscopiques de l'erbium varient également en fonction de la matrice dans laquelle il est introduit. Les temps de vie des états excités de l'erbium sont plus longs lorsqu'il se trouve dans PbF2 plutôt que dans CaF2. Des nanoparticules de fluorure de plomb co-dopées ytterbium-erbium ont permis d'observer en imagerie en champ proche des objets avec une résolution de 150 nm.

Hemimicelles and admicelles are well-investigated wonders in modern science; they are surfactant monolayers and surface adsorbed micelles, respectively. Capacitance measurements for monitoring the formation of dodecyl sulfate (DS) surfactant monolayer on positively charged gold substrates (planar gold) and the adsorbance of 2-naphthol onto DS surfactant monolayer were performed. The investigation of the electrical control of DS at various concentrations (4, 6, 16, and 32 mM) below and above the critical micelle concentration (CMC= 8 mM) on gold surfaces for analyte preconcentration, prior to chromatographic analysis, is presented. Charged ionic surfactants, such as DS, drawn to a surface of opposite charge (porous nickel substrates coated with gold) serve as a stationary phase to trap organic analytes. It is believed that these DS assemblies gain stability through surfactant chain–chain interactions. The attachment and the removal of the surfactant are controlled using an electric field. Due to the fact that the surfactantanalyte association is released by electrical control, organic solvents, which are used in conventional solid phase extraction, are not required, making this procedure environmentally friendly. Electrical Impedance Spectroscopy was used to investigate the formation of the DS layer and the preconcentration of 2-naphthol in the presence of an applied electric field. High performance liquid chromatography was used to determine 2- naphthol concentrations. Anthracene and 9-anthracenecarboxylic acid were substituted as additional test molecules as well. Presented are the results of the preconcentration of 2-naphthol, anthracene and 9-anthracenecarboxylic acid using the DS layer with various concentrations of sodium dodecyl sulfate on a gold electrode surface.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Master of Science / Department of Food Science / Karen A. Schmidt / People who suffer from swallowing disorders are diagnosed with dyphasgia. The beverage for the dyphagia patients should have the apparent viscosity in the range of nectar-like (51 to 350 mPa•s) or honey-like (351 to 1750 mPa•s). Due to the swallowing problems, dysphagia patients usually consume beverages slowly. Thus, the apparent viscosity of beverage for such patients should be high enough to be in the suitable range during the entire time of consumption. Three ratios of α-lactalbumin (α-la)/β-lactoglobulin (β-lg) (3:8, 1:1 and 8:3) were used to prepare the milk systems. These ratio adjusted milk systems were either processed at 70, 80, and 90ºC for 30 min or at 25ºC, and cooled to 25 ± 1ºC. After the process was completed, the milk systems were set quiescently 120 min at 25 ±1ºC. Physical and chemical properties were assessed at various time. For the milk systems at 0 min, the apparent viscosity increased in all 90°C processed-samples, and the increase was in the order of 8:3 (15.96%), 1:1 (6.38%) and 3:8 (2.11%) compared with the 25ºC samples at each ratio. When the milk systems set for 120 min, apparent viscosity increased slightly by 3.7%. The maximum apparent viscosity was 2.18 mPa•s, which was less than nectar-like. Therefore, xanthan gum was added at 0.15 w/w % to enhance rheological properties of the milk systems. α-La/β-lg ratio adjusted milk systems either with or without xanthan gum were prepared, and processed at 90ºC or 25ºC, and cooled to 25 ± 1ºC. Apparent viscosity increased by 48.61 and 89.61% in 3:8 and 8:3 milk systems, respectively for those at 0.15% xanthan gum concentration and processed at 90ºC compared with at 25ºC. Apparent viscosity of 8:3 milk systems at xanthan gum concentration of 0.15% processed at 90°C was 58.7 ± 2.12 mPa•s which was within the nectar-like range. When the samples were set for 120 min, no changes were found in the apparent viscosity of the milk systems. If the rheological properties of the milk systems can be controlled by ingredients interactions, this can be used to develop nutritious products with different forms for dysphagia patients.

Ce document est consacré à l’étude de quelques écoulements de fluides complexes appliquée à la micro-fluidique. Deux études indépendantes sont effectuées : d’une part l’étude des mélanges de fluides Newtoniens dans des micro-canaux fins, et d’autre part l’étude d’écoulements de Micelles géantes (fluides non-Newtoniens). Dans chaque étude on traite tout d’abord des modèles en détail, puis on effectue une étude numérique des modèles en question. Dans la première partie nous traiterons de l’hydrodynamique de mélanges de fluides de différentes viscosités en régime de Stokes. Nous dériverons alors un modèle réduit de type Reynolds à partir du modèle complet de Stokes. Cette réduction de modèle est particulièrement adaptée à des écoulements dans des micro-canaux dont le rapport d’aspect largeur/hauteur est important. Les modèles obtenus au final peuvent être 2D ou bien 2.5D (2D pour la pression 3D pour le mélange) selon que l’on souhaite ou non prendre en compte les variations de viscosité dans la direction ”?ne”. De plus, les conditions aux limites en haut et au fond du canal pour le modèle complet (canal à reliefs, motifs de matériaux glissants) apparaissent dans le modèle réduit comme de simples coefficients de résistance à l’écoulement. Un résultat d’existence de solution est donné pour le modèle 2D. Une méthode numérique est alors donnée pour approcher ces modèles. Cette méthode numérique est basée sur une discrétisation des équations sur une grille cartésienne, ce qui permet une résolution rapide des systèmes linéaires obtenus après discrétisation. Deux études numériques sont alors menées, tout d’abord une étude de l’inter-diffusion de deux fluides dont les viscosités sont différentes dans des expériences dites de ”co-flow”, puis une autre étude sur des écoulements mono-fluides pour des canaux à reliefs et à surfaces glissantes utilisant des modèles 2.5D adaptées. La deuxième partie de ce document est consacrée à l’étude d’écoulements micro-fluidiques de micelles géantes en solution. Ce type particulier de fluide a tendance à former spontanément dans l’écoulement des phases dont les propriétés mécaniques peuvent être très différentes. (...) Cette étude a permis en particulier de déterminer le rôle exact de la diffusion dans le modèle. Une deuxième étude concernant des écoulements 3D dans des jonctions micro-fluidiques en T a permis de mieux comprendre les phénomènes étranges observés sur la répartition des débits dans les branches de sortie de ces jonctions. / Abstract