L'objectif de cette thèse est de synthétiser de nouvelles surfaces spécifiques nécessaires à l'immobilisation des biomolécules ; visant à développer à terme un biocapteur pour la détection de pathogènes en industrie agroalimentaire. Cette nouvelle procédure de fonctionnalisation de surface consiste d'une part à greffer des molécules organiques sur un substrat métallique à partir d'une réaction électrochimique et d'autre part de synthétiser un monomère photopolymérisable sur tout type de surface. Ces surfaces sont enfin utilisées pour immobiliser les biomolécules. Ce procédé ainsi développé permet d'éliminer les multiples étapes, l'utilisation excessive de réactifs observés dans les protocoles classiques de fonctionnalisation de surface pour la capture de microorganismes. Deux stratégies de fonctionnalisation ont été investiguées : la polymérisation sur une plaque de platine et le dépôt de monocouche sur une surface d'or. La fonctionnalisation de surfaces ainsi que l'immobilisation de biomolécules ont été caractérisées par la spectroscopie Raman, la microbalance à cristal de quartz, la microscopie à force atomique (AFM) pour le premier et en plus la microscopie à fluorescence pour le second. Les résultats de la fonctionnalisation de surfaces par dépôt de polymère ont montré, une déstabilisation du polymère en présence de l'eau. Afin d'optimiser la synthèse, nous avons travaillé en milieu inerte, sous alumine activée. De plus, on note une large couverture de la zone spectrale des biomolécules par les signaux du polymère ; Pour le dépôt de monocouche, l'on a obtenu une surface très réactive, homogène. La diffusion Raman est la principale technique de caractérisation utilisée. Elle présente l'avantage d'être une méthode de caractérisation physico-chimique non destructive et non invasive. Longtemps délaissée dans les sciences du vivant, cette méthode apparaît maintenant particulièrement prometteuse grâce à un développement récent de spectromètres intégrés performants. La diffusion Raman sur la monocouche déposée montre une intensité accrue des signaux par l'utilisation de la surface d'or et un spectre plus dégagé conduisant à l'identification aisée des biomolécules après fixation. Elle permet non seulement d'identifier les bandes de vibrations de chaque groupement mais aussi la conformation des structures. Les résultats d'immobilisation ont montré que l'accroche des biomolécules sur les surfaces fonctionnalisées était spécifique. La fonctionnalisation de surface d'or par dépôt de monocouche constitue finalement une technique très rapide à mettre en œuvre, peu coûteuse permettant d'ancrer efficacement les biomolécules et peut être utilisée pour diverses applications. La synthèse du monomère photopolymérisable a été abordée et est en cours d'investigation.

L’objectif de cette thèse est de synthétiser de nouvelles surfaces spécifiques nécessaires à l’immobilisation des biomolécules ; visant à développer à terme un biocapteur pour la détection de pathogènes en industrie agroalimentaire. Cette nouvelle procédure de fonctionnalisation de surface consiste d’une part à greffer des molécules organiques sur un substrat métallique à partir d’une réaction électrochimique et d’autre part de synthétiser un monomère photopolymérisable sur tout type de surface. Ces surfaces sont enfin utilisées pour immobiliser les biomolécules. Ce procédé ainsi développé permet d’éliminer les multiples étapes, l’utilisation excessive de réactifs observés dans les protocoles classiques de fonctionnalisation de surface pour la capture de microorganismes. Deux stratégies de fonctionnalisation ont été investiguées : la polymérisation sur une plaque de platine et le dépôt de monocouche sur une surface d’or. La fonctionnalisation de surfaces ainsi que l’immobilisation de biomolécules ont été caractérisées par la spectroscopie Raman, la microbalance à cristal de quartz, la microscopie à force atomique (AFM) pour le premier et en plus la microscopie à fluorescence pour le second. Les résultats de la fonctionnalisation de surfaces par dépôt de polymère ont montré, une déstabilisation du polymère en présence de l’eau. Afin d’optimiser la synthèse, nous avons travaillé en milieu inerte, sous alumine activée. De plus, on note une large couverture de la zone spectrale des biomolécules par les signaux du polymère ; Pour le dépôt de monocouche, l’on a obtenu une surface très réactive, homogène. La diffusion Raman est la principale technique de caractérisation utilisée. Elle présente l'avantage d'être une méthode de caractérisation physico-chimique non destructive et non invasive. Longtemps délaissée dans les sciences du vivant, cette méthode apparaît maintenant particulièrement prometteuse grâce à un développement récent de spectromètres intégrés performants. La diffusion Raman sur la monocouche déposée montre une intensité accrue des signaux par l’utilisation de la surface d’or et un spectre plus dégagé conduisant à l’identification aisée des biomolécules après fixation. Elle permet non seulement d’identifier les bandes de vibrations de chaque groupement mais aussi la conformation des structures. Les résultats d’immobilisation ont montré que l’accroche des biomolécules sur les surfaces fonctionnalisées était spécifique. La fonctionnalisation de surface d’or par dépôt de monocouche constitue finalement une technique très rapide à mettre en œuvre, peu coûteuse permettant d’ancrer efficacement les biomolécules et peut être utilisée pour diverses applications. La synthèse du monomère photopolymérisable a été abordée et est en cours d’investigation. / In food processing industry, detecting bacteria or viruses is crucial. Nowadays, it can be achieved with microbiological tests but, it requires several days. The objective of the project was to synthesize new specific surfaces capable of biomolecules immobilization in order to develop a biosensor for the detection of various pathogenics in food-processing industry. This new procedure of surface functionalisation consists on one hand in anchoring organic molecules on a metallic substrate by an electrochemical reaction and on the other hand to synthesize a photocrosslinkable monomer on every type of surface. These surfaces are finally used to immobilize biomolecules. Two strategies of surface functionalisation were investigated: the polymerization on a platinium surface and the deposition of monolayer on a gold surface. Both processes were characterized by spectroscopy Raman, Quartz Crystal Microbalance, Atomic Force Microscopy and Fluorescence Microscopy. The results of the functionalisation of surfaces by deposition of polymer showed a destabilization of the polymer in presence of water. To optimize the synthesis, we worked in sluggish middle, under activated alumina. Furthermore, we noted a wide coverage of the spectral zone of biomolecules by the signals of the polymer; For the monolayer deposition, we obtained a very reactive and homogeneous surface. The Raman spectroscopy was the main technique used to the characterization. It presented the advantage to be a non-destructive and non invasive physico-chemical method. This method seemed now particularly promising due to a recent development of successful integrated spectrometers. Raman Spectroscopy showed an enhanced intensity of the signals by the use of the gold surface and a more clear spectrum well-to-do identification of biomolecules after binding. It allowed not only the identification of the bands of vibrations of every connection but also the conformation of the structures. The results of the immobilization showed that the grafting of biomolecules on functionalised surfaces was specific and efficient. The functionalisation of gold surface by monolayer deposition constituted at the end an efficient and low cost technique allowing to anchor biomolecules and can be used for multitude applications. The last step consisting of the synthesis of photocrosslinkable monomer was started and still investigated.

Les matériaux organiques pour l'électronique moléculaire trouvent de nombreuses applications et se substituent déjà aux semi-conducteurs classiques issus de la chimie minérale. Le travail entrepris a concerné la mise en forme et l'étude de nouvelles matrices polythiophène permettant l'immobilisation de molécules biologiques et la lecture électronique de l'hybridation.<br />Dans une première partie, une nouvelle fonction d'ancrage électroactive a été validée permettant l'immobilisation de molécules sondes par simple condensation d'amines dans des conditions douces. Cette approche autorise un diagnostic électrochimique de l'environnement moléculaire au voisinage de l'interface faisant de ces matrices des supports actifs dans la transduction du signal. Ainsi, nous montrons comment, par l'examen des modifications des propriétés de conduction du polymère, il est possible d'établir la présence ou l'absence d'un brin d'ADN complémentaire dans le milieu d'étude. Par ailleurs, un suivi par microbalance à cristal de quartz des différentes étapes de modification du support a permis de valider ces évènements.<br />Le développement de dispositifs autorisant leur emploi comme outils d'analyses ou comme outils thérapeutiques laisse entrevoir la perspective de diagnostiquer et de réparer des anomalies génétiques responsables du disfonctionnement des protéines. Aussi, dans une deuxième partie, nous présentons des résultats obtenus avec un poly(cyclopentadithiophène) modifié par un groupement électroactif connecté à la chaîne principale par une chaîne conjuguée. La spécificité de cette matrice permet l'immobilisation d'ADN ainsi que la libération électrochimiquement contrôlée en milieu physiologique.

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

Les multicouches de polyelectrolytes, systèmes auto-assemblés par adsorption successive de polycations et de polyanions, constituent un matériau d’intérêt pour la fonctionnalisation de surface. Ce type de revêtement possède toutefois quelques limitations majeures : leur construction est lente et fastidieuse ; leur tenue mécanique et chimique est faible. Récemment, une méthode basée sur l’auto-construction de films par l’utilisation d’un morphogène, i.e. un gradient de catalyseur généré depuis une surface, a été développé permettant ainsi une rapide construction de revêtements robustes. Cette technique reste toutefois limitée à des systèmes particuliers basés sur la chimie click ou sur des interactions hôtes-invités. Nos travaux ont permis de diversifier cette approche de construction tout-en-un par l’utilisation de morphogènes. Dans un premier temps, des brosses de polymères ont été construites en une étape depuis une surface par la réaction de polymérisation ATRP. Cette réaction a été catalysée par la formation d’ions Cu(I) (le morphogène) par électrochimie depuis la surface de travail. L’approche morphogénique a également été utilisée afin de construire des films de polyélectrolytes et de polyampholytes en une étape par la génération électrochimique d’un gradient de protons (le morphogène) depuis la surface de travail. Ces films ont été fonctionnalisés pour présenter une activité enzymatique. / Polyelectrolyte multilayers, i.e. self-assembled systems based on successive polycation and polyanion adsorptions, constitute interesting materials for surface functionalization. These coatings possess several limitations: they are weak towards chemical and mechanical constraint and their buildup is long and tedious. Recently, a new method based on the self-construction of films by the means of a morphogen (a catalyst gradient generated from a surface) has attracted attention since it allows the quick self-assembly of robust films. Nevertheless, this technique was quite limited to peculiar systems based on click chemistry or on host-guest interactions.This present work generalize the one-pot morphogenic approach to other systems. In the first place, polymer brushes were built up from a surface by ATRP polymerization. The Cu(I) catalyst (the morphogen) was electrochemically generated at the interface.The morphogenic approach was later used to buildup polyelectrolytes and polyampholyte films in a one-pot manner by electrochemically generating protons (the morphogens) at the interface. These films exhibited an enzymatic activity.

L'Annexine A5 (Anx5) est une protéine de la famille des annexines qui présente la propriété de s'organiser à la surface des bicouches lipidiques en trimères et en assemblages bidimensionnels (2D) de trimères. Ce travail de thèse concerne le développement d'applications biotechnologiques des assemblages 2D d'Anx5 ainsi qu'une étude des propriétés fonctionnelles de ces assemblages. Ces travaux ont été réalisés principalement à l'aide des méthodes de la microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation (QCM-D) et de la microscopie à force atomique (AFM). <br />La première partie de cette thèse concerne le développement de plates-formes d'ancrage basées sur des assemblages 2D de protéines dérivées de l'Anx5. Des complexes covalents entre l'Anx5 et des peptides d'adhésion cellulaire pour la réalisation de plates-formes d'ancrage de cellules. Des protéines de fusion entre l'Anx5 et un fragment de la protéine A ont d'autre part servi au développement de plates-formes 2D pour l'immobilisation contrôlée d'anticorps et de protéines. <br />La seconde partie de cette thèse concerne l'étude des propriétés fonctionnelles des assemblages 2D d'Anx5. L'étude de l'interaction d'un anticorps anti-phospholipide avec les assemblages 2D d'Anx5 montre que cet anticorps ne perturbe pas l'organisation 2D de l'Anx5. La seconde étude concernant l'influence des assemblages 2D de l'Anx5 sur la dynamique des bicouches lipidiques établie une corrélation entre la formation de trimères et le ralentissement de la dynamique des membranes.<br />Ces travaux contribuent à notre compréhension des propriétés des assemblages 2D d'Anx5 et permettent d'envisager le développement de biocapteurs pour cellules ou molécules.

Les nanoparticules de silice sont des plateformes idéales pour la conception d’outils de bioimagerie afin d’étudier les mécanismes de transfert de gènes par des lipoplexes. L’objectif de notre étude est le développement d’une modification chimique de surface permettant d’obtenir des colloïdes de silice chargés positivement susceptible de lier de l’ADN par des interactions électrostatiques. Deux stratégies pour la génération de groupements ammonium quaternaires sur des nanoparticules de silice sont présentées a) une silanisation directe par l’utilisation d’un agent de couplage silanique contenant un groupement ammonium quaternaire et b) un procédé en deux étapes mettant en jeu une modification de surface chimique par des aminosilanes primaires et secondaires suivie d’une alkylation des amines par l’iodomethane. Différentes méthodes physico-chimiques (essais de cosédimentation, des expériences de microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation et d’imagerie MET et Cryo-MET) ont été utilisées pour mettre en évidence et caractériser les interactions entre les biomolécules et les surfaces quaternisées. Des études préliminaires ont montrées les capacités de marquage de lipoplexes par de telles nanoparticules. / Silica nanoparticles are ideal platforms for the conception of bioimaging tools serving for the elucidation of the mechanisms of gene transfection via lipoplex structures. The purpose of the present study is the development of a chemical surface modification for the generation of quaternary ammonium groups on silica nanoparticles permitting the obtainment of highly positively charged silica colloids which strongly attract DNA by electrostatic interactions. Two modification strategies to generate quaternary ammonium groups on silica are presented a) a direct silanization using quaternary ammonium groups containing silane derivatives and b) a modification of silica nanoparticles via a first modification with an amine group containing silane derivative and a subsequent quaternization of the amine groups via an alkylation with iodomethane. Different physicochemical methods were employed (cosedimentation assays, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring measurements, TEM and Cryo-TEM imaging) to analyze interactions between quaternized surfaces, DNA and lipids. A preliminary study was carried out which shows the capacity of the synthesized nanoparticles to label DNA in lipoplexes.