Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry has been investigated for solution, slurry and speciation analysis. It has been shown that it is possible to optimise a simultaneous multielement analysis for slurry and solution samples using solid state detection and optimisation algorithms. A range of certified reference materials have been analysed using optimum conditions and results were in good agreement with certified values. Slurry nebulisation has been used for the first time in the analysis of NIST SRM Total Diet' and carbon black samples. Both radially and axially viewed ICP spectrometers were used in these studies. Modifications of the mass transport efficiency of solutions and slurries through the sample introduction system was illustrated upon EIE addition. The transport phenomenon was found to be dependent on the matrix element and not on the analyte of interest. A decrease in transport efficiency was found to be related to the mass of the EIE added. Solution and slurry atom and ion line intensity ratios obtained from an axially viewed ICP were used to illustrate emission enhancement when Mg was used as the thermometric species of interest. Enhancement was found to be spatially dependent and the energy transfer processes governing excitation were modified upon EIE addition. The magnitude of the enhancement effects for solutions and slurries differed, once transport effects had been negated, and this was attributed to variations in atomisation efficiency. A radially viewed ICP spectrometer was also used to monitor the effect of ElEs on solutions and slurries. The Abel integral technique was used to transform lateral profiles and Fe atom line ratios were calculated. 'Real' enhancement effects were apparent upon EIE addition when transport effects had again been negated. The plasma excitation temperature was used as a physical marker to determine the effect of EIE addition on solutions and slurries of Fe. The variation in Texc upon EIE addition was small but showed an increasing trend from Li to Cs. Radially obtained values of Texc were lower than literature values whereas preliminary values obtained axially compared well. It has been demonstrated that transient signal data may be obtained from an array-based spectrometer for speciation studies. The feasibility of reverse phase and size exclusion HPLC-ICP-AES has been demonstrated for the separation of a selection of organosilicon species of various molecular weights. Detection limits were in the range 0.1 to 5 ug ml-1 for a radially viewed plasma. The use of axial viewing when aspirating organic solvents as part of the mobile phase yields higher limits of detection owing to the noise that is measured.

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La teicoplanine est utilisée par voie intraveineuse (IV) dans le traitement de la pneumonie acquise sous ventilation mécanique (PAVM) à Staphylocoque aureus méticilline résistant. Nous avons évalué la faisabilité et les bénéfices de la nébulisation de teicoplanine en ventilation mécanique (VM) par rapport à la voie IV. L’administration d’un aérosol de teicoplanine chez le rat a permis d’obtenir des concentrations pulmonaires 48 fois supérieures à celles après IV et des concentrations plasmatiques inférieures à celles après IV. Après avoir mesuré l’influence des nébuliseurs sur les paramètres ventilatoires du respirateur, nous avons sélectionné le nébuliseur Aeroneb Pro®. Les propriétés bactériologiques de l’antibiotique ne sont pas altérées par le nébuliseur et l’exposition d’un modèle d’épithélium pulmonaire in vitro à des doses 100 fois supérieures à celles utilisées en IV n’a pas montré de cytotoxicité. L’étude réalisée sur la nébulisation de teicoplanine chez le porc en VM a montré un dépôt pulmonaire moyen de 18,1%. En conclusion, la nébulisation de teicoplanine pourrait etre envisagée comme une nouvelle arme thérapeutique dans la PAVM. / Nebulization of teicoplanin should be an alternative way of administration in Ventilator-associated pneumonia (VAP) caused by Methicillin-resistant staphylococcus aureus. We assessed the faisibility and advantages of nebulization of teicoplanin in mechanical ventilation. After a nebulization of teicoplanin in a rat model, the lung concentrations were more than 48 times higher than the lung concentrations following intravenous administration. In the next study, we used an Aeroneb Pro® nebulizer selected according to its safe properties with ventilator which was evaluated in a bench study. Any cytotoxicity was observed with high doses of teicoplanin and nebulization did not affect its pharmacological properties. In mechanically ventilated piglets, teicoplanin was administered efficiently by nebulization wih an aerosol delivery of 18.1% [16.3-27.0]. Pharmacokinetic parameters are particularly consistent with this time-dependent antibiotic and emphasize the potential of airways delivery of teicoplanin. In conclusion, nebulization of teicoplanin adds a further challenge to the development of aerosol therapy of antibiotics in VAP.

L'objectif de ce travail est de développer des vecteurs pharmaceutiques, encapsulant la vitamine E, adaptés à l'administration pulmonaire par aérosolisation. La vitamine E, antioxydant physiologique, peut être utilisée pour lutter contre les phénomènes du stress oxydatif en particulier ceux observés au niveau pulmonaire. L'encapsulation de la vitamine E dans des vecteurs inhalables a été envisagée afin d'optimiser son efficacité thérapeutique en améliorant la concentration du principe actif pouvant atteindre son site d'action, les alvéoles pulmonaires. Les différents systèmes d'encapsulation de la vitamine E ont été préparés par des méthodes utilisant des contacteurs à membrane. Le principe de préparation se résume au passage de la phase dispersée, à travers les pores d'une membrane microporeuse, au sein de la phase continue. Les avantages de cette technique sont en particulier une bonne reproductibilité et un faible apport d'énergie et par conséquent un coût d'exploitation modéré. De plus, les procédés à base de contacteurs à membrane se prêtent aisément au passage à l'échelle de production industrielle. Au cours de ce travail, les paramètres influençant le procédé de fabrication par contacteur à membrane ont été étudiés ; principalement la pression transmembranaire de passage de la phase discontinue, la force de cisaillement de la phase continue et la microstructure de la membrane utilisée. Différentes configurations membranaires ont été testées telles que (i) les modules membranaires tubulaires avec écoulement tangentiel de la phase continue, (ii) les membranes planes montées dans des cellules d'agitation et (iii) les membranes dotées d'un mouvement d'oscillation à l'intérieur de la phase continue. En cas d'émulsification directe, diverses membranes ont été utilisées : des membranes SPG, des membranes microsieves et des membranes en céramique. Pour la « premix emulsification » des membranes dites dynamiques, constituées par un lit de billes en verre, ont été étudiées / The present study investigated the preparation of pharmaceutical drug carriers encapsulating the vitamin E and intended for pulmonary administration after nebulisation. Vitamin E, a physiological antioxidant, could be used to prevent cigarette smoke toxicity since several pulmonary disorders are mainly caused by oxidative stress phenomena. The methods used for the drug carriers’ preparation were based on the membrane emulsification principle. In these methods, the to-be-dispersed phase was injected in the continuous phase through the pores of a microporous membrane. The advantages of this method are: a better control over the diffusive mixing at the liquid / membrane interface and thus a fine control of droplets size distribution, a less energy consumption and an easy extrapolation of the obtained results for an industrial large scale-up. In order to investigate the preparation processes, key parameters influence on particles characteristics was investigated. Different experimental set-ups were used: (i) tubular membranes with a cross flow circulation of the continuous phase, (ii) stirred cell device with a flat micro-engineered membrane, (iii) oscillating membrane module in a stationary continuous phase. For direct emulsification, various membranes were used such as : SPG membranes, micro-engineered membranes and ceramic membranes. For premix emulsification, a packed bed of glass beads, called dynamic membrane, was studied. Four different drug carriers were developed during this study: liposomes, micelles, nano-emulsion and solid-lipid particles. The different encapsulating systems were characterized in terms of size distribution, zeta potential, microscopic morphology, encapsulation efficiency and stability. Results showed that the obtained drug carriers presented convenient properties. After nebulization of vitamin E encapsulating systems, the obtained aerosols presented satisfying aerodynamic characteristics which allowed the prediction (using a mathematical model) of a high level of vitamin E deposit on its action site

La circulation extracorporelle (CEC) déclenche une réaction inflammatoire systémique, un dommage d’ischémie-reperfusion (I-R) et une dysfonction de l’endothélium dans la circulation pulmonaire. L’hypertension pulmonaire (HTP) est la conséquence de cette cascade de réactions. Cette HTP augmente le travail du ventricule droit et peut causer sa dysfonction, un sevrage difficile de la CEC et une augmentation des besoins de vasopresseurs après la chirurgie cardiaque. L’administration de milrinone et d’époprosténol inhalés a démontré une réduction de la dysfonction endothéliale dans l’artère pulmonaire. Le but de ce travail est d’évaluer différents types de nébulisateur pour l’administration de la milrinone et d’évaluer l’effet du traitement préventif de la combinaison de milrinone et époprosténol inhalés sur les résultats postopératoires en chirurgie cardiaque. Deux études ont été conduites. Dans la première, trois groupes de porcelets ont été comparés : (1) groupe milrinone avec nébulisateur ultrasonique ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée, (2) goupe milrinone avec nébulisateur à simple jet ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée et (3) groupe contrôle ; CEC et reperfusion sans traitement. Durant la procédure, les paramètres hémodynamiques, biochimiques et hématologiques ont été mesurés. Après sacrifice, la relaxation endothélium dépendante de l’artère pulmonaire à l’acétylcholine et à la bradykinine a été étudiée en chambres d’organe. Nous avons noté une amélioration de la relaxation de l’endothélium à la bradykinine et à l’acétylcholine dans le groupe avec inhalation de milrinone avec le nébulisateur ultrasonique. Dans la deuxième étude, une analyse rétrospective de 60 patients à haut risque chirurgical atteints d’HTP et opérés à l’Institut de Cardiologie de Montréal à été effectuée. Deux groupes ont été comparés : (1) 40 patients ayant reçu la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC (groupe traitement) et (2) 20 patients avec des caractéristiques préopératoires n’ayant reçu aucun traitement inhalé avant la CEC (groupe contrôle). Nous avons observé que les besoins en support pharmacologique vasoactif était réduit à 12 heures et à 24 heures postopératoires dans le groupe traitement. L’utilisation de la nébulisation ultrasonique a un impact favorable sur l’endothélium de l’artère pulmonaire après la CEC lorsque comparée à la nébulisation standard à simple jet. Le traitement préventif des patients atteints d’HTP avec la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC est associé avec une diminution importante des besoins de support vasoactif aux soins intensifs dans les 24 premières heures après la chirurgie. / Cardiopulmonary bypass (CPB) triggers a systemic inflammatory response, an ischemia-reperfusion (I-R) injury and endothelial dysfunction in the pulmonary circulation. Pulmonary hypertension (PH) is a consequence of this insult. The latter increases right ventricle work and may cause difficult separation from cardiopulmonary bypass (CPB) and increased vasoactive requirements after cardiac surgery. Administration of inhaled milrinone or epoprostenol has been shown to reduce endothelial dysfunction in the pulmonary artery. The aim of this work is to evaluate different nebulisators for the administration of milrinone and to evaluate the effect of pre-emptive treatment with inhaled milrinone and epoprostenol on postoperative outcome in cardiac surgery. Two different studies were done. In the first, three groups of swine were compared: (1) ultrasonic nebulisator inhaled milrinone group; CPB and reperfusion preceded by 2.5 mg inhaled milrinone, (2) simple jet nebulisator inhaled milrinone group; CPB and reperfusion preceded by 2.5 mg inhaled milrinone, and (3) control group; CBP 90 minutes followed by 60 minutes of reperfusion without treatment. During the procedure, hemodynamic, biochemical and hematologic parameters were measured. After sacrifice, pulmonary arterial endothelium-dependent relaxations to acetylcholine and bradykinin were studied in organ chamber experiments. There was a greater improvement in endothelium-dependent relaxations to bradykinin and acetylcholine in the ultrasonic nebuliser inhaled milrinone group compared with the control group and the simple jet nebulisator inhaled milrinone group. In the second study, a retrospective analysis of 60 high-risk surgical patients with PH operated at the Montreal Heart Institute was conducted. Two groups were compared: (1) 40 patients received both inhaled milrinone and inhaled epoprostenol before CPB (treatment group); (2) 20 patients with equivalent preoperative data did not receive any inhaled medication before CPB during the same period (control group). Post-operative vasoactive requirement was reduced at 12 hours and 24 hours post-operatively in the treatment group. Use of ultrasonic nebulisation has a favourable impact on the pulmonary endothelial dysfunction induced by CPB when compared to the simple jet nebulisation traditionally used. Pre-emptive treatment of PH with a combination of inhaled milrinone and epoprostenol prior to CPB was associated with a significant reduction in vasoactive support in the intensive care unit during the first 24 hours after cardiac surgery.

La circulation extracorporelle (CEC) déclenche une réaction inflammatoire systémique, un dommage d’ischémie-reperfusion (I-R) et une dysfonction de l’endothélium dans la circulation pulmonaire. L’hypertension pulmonaire (HTP) est la conséquence de cette cascade de réactions. Cette HTP augmente le travail du ventricule droit et peut causer sa dysfonction, un sevrage difficile de la CEC et une augmentation des besoins de vasopresseurs après la chirurgie cardiaque. L’administration de milrinone et d’époprosténol inhalés a démontré une réduction de la dysfonction endothéliale dans l’artère pulmonaire. Le but de ce travail est d’évaluer différents types de nébulisateur pour l’administration de la milrinone et d’évaluer l’effet du traitement préventif de la combinaison de milrinone et époprosténol inhalés sur les résultats postopératoires en chirurgie cardiaque. Deux études ont été conduites. Dans la première, trois groupes de porcelets ont été comparés : (1) groupe milrinone avec nébulisateur ultrasonique ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée, (2) goupe milrinone avec nébulisateur à simple jet ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée et (3) groupe contrôle ; CEC et reperfusion sans traitement. Durant la procédure, les paramètres hémodynamiques, biochimiques et hématologiques ont été mesurés. Après sacrifice, la relaxation endothélium dépendante de l’artère pulmonaire à l’acétylcholine et à la bradykinine a été étudiée en chambres d’organe. Nous avons noté une amélioration de la relaxation de l’endothélium à la bradykinine et à l’acétylcholine dans le groupe avec inhalation de milrinone avec le nébulisateur ultrasonique. Dans la deuxième étude, une analyse rétrospective de 60 patients à haut risque chirurgical atteints d’HTP et opérés à l’Institut de Cardiologie de Montréal à été effectuée. Deux groupes ont été comparés : (1) 40 patients ayant reçu la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC (groupe traitement) et (2) 20 patients avec des caractéristiques préopératoires n’ayant reçu aucun traitement inhalé avant la CEC (groupe contrôle). Nous avons observé que les besoins en support pharmacologique vasoactif était réduit à 12 heures et à 24 heures postopératoires dans le groupe traitement. L’utilisation de la nébulisation ultrasonique a un impact favorable sur l’endothélium de l’artère pulmonaire après la CEC lorsque comparée à la nébulisation standard à simple jet. Le traitement préventif des patients atteints d’HTP avec la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC est associé avec une diminution importante des besoins de support vasoactif aux soins intensifs dans les 24 premières heures après la chirurgie. / Cardiopulmonary bypass (CPB) triggers a systemic inflammatory response, an ischemia-reperfusion (I-R) injury and endothelial dysfunction in the pulmonary circulation. Pulmonary hypertension (PH) is a consequence of this insult. The latter increases right ventricle work and may cause difficult separation from cardiopulmonary bypass (CPB) and increased vasoactive requirements after cardiac surgery. Administration of inhaled milrinone or epoprostenol has been shown to reduce endothelial dysfunction in the pulmonary artery. The aim of this work is to evaluate different nebulisators for the administration of milrinone and to evaluate the effect of pre-emptive treatment with inhaled milrinone and epoprostenol on postoperative outcome in cardiac surgery. Two different studies were done. In the first, three groups of swine were compared: (1) ultrasonic nebulisator inhaled milrinone group; CPB and reperfusion preceded by 2.5 mg inhaled milrinone, (2) simple jet nebulisator inhaled milrinone group; CPB and reperfusion preceded by 2.5 mg inhaled milrinone, and (3) control group; CBP 90 minutes followed by 60 minutes of reperfusion without treatment. During the procedure, hemodynamic, biochemical and hematologic parameters were measured. After sacrifice, pulmonary arterial endothelium-dependent relaxations to acetylcholine and bradykinin were studied in organ chamber experiments. There was a greater improvement in endothelium-dependent relaxations to bradykinin and acetylcholine in the ultrasonic nebuliser inhaled milrinone group compared with the control group and the simple jet nebulisator inhaled milrinone group. In the second study, a retrospective analysis of 60 high-risk surgical patients with PH operated at the Montreal Heart Institute was conducted. Two groups were compared: (1) 40 patients received both inhaled milrinone and inhaled epoprostenol before CPB (treatment group); (2) 20 patients with equivalent preoperative data did not receive any inhaled medication before CPB during the same period (control group). Post-operative vasoactive requirement was reduced at 12 hours and 24 hours post-operatively in the treatment group. Use of ultrasonic nebulisation has a favourable impact on the pulmonary endothelial dysfunction induced by CPB when compared to the simple jet nebulisation traditionally used. Pre-emptive treatment of PH with a combination of inhaled milrinone and epoprostenol prior to CPB was associated with a significant reduction in vasoactive support in the intensive care unit during the first 24 hours after cardiac surgery.

Ce travail de thèse porte sur le développement de nouvelles couches minces nanocomposites par plasma froid à la pression atmosphérique. L'objectif principal est d'améliorer la compréhension des mécanismes physico-chimiques régissant ce procédé de synthèse. La stratégie adoptée est basée sur l'injection via un aérosol d'une suspension colloïdale de nanoparticules d'oxyde métallique dans une décharge à barrière diélectrique opérant en atmosphère d'azote (décharge de Townsend). Dans un premier temps, la synthèse est réalisée de manière séquentielle, la fabrication d'une matrice inorganique de silice (SiO2) étant séparée du dépôt des nanoparticules (TiO2). Ensuite, les couches nanocomposites sont obtenues par un procédé en une seule étape à travers l'injection simultanée dans la décharge des nanoparticules et d'un précurseur polymérisable organosiliciée (HMDSO). Les travaux présentés dans ce manuscrit se divisent en quatre grandes parties : tout d'abord le procédé de fabrication des nanoparticules est présenté, et une étude de leur dispersion dans divers solvants chimiques est réalisée. Puis la deuxième partie s'intéresse à l'étape de nébulisation de la suspension colloïdale, à l'analyse des distributions de taille des objets injectés et à l'étude de leur transport sans plasma. En particulier, une étude de l'influence des principales forces agissant sur leur transport est réalisée. Ces résultats permettent ensuite d'évaluer l'impact de la décharge sur le transport, et sur la réalisation des couches minces nanocomposites. Finalement, l'analyse des propriétés obtenues pour ces couches minces sur des substrats de bois est présentée dans une dernière partie. / This PhD work is focused on the development of a new generation of nanocomposite thin films using cold plasma at atmospheric pressure. The main objective is to improve the understanding of the mechanisms involved in this process.The strategy is based on the injection of a metal oxide nanoparticles suspension in a dielectric barrier discharge operating in nitrogen (Townsend discharge). At first, the nanocomposite thin film is deposited sequentially: the fabrication of the inorganic matrix of silica (SiO2) is separated from the collection of the nanoparticles (TiO2). Then, the nanocomposite layers are obtained by a one-step process using a direct injection inside the discharge of nanoparticles dispersed in a polymerizable organosilicon precursor (HMDSO). This manuscript is divided into four major parts: first, the synthesis of the nanoparticles and the study of their dispersion in different solvents are presented. Then, in the second part we focus on the atomization of the colloidal suspension, on the analysis of the size distributions of the injected objects and on the study of their transport towards the discharge area. These results are then used to assess the influence of the discharge on the transport and the quality of deposited nanocomposite thin films. Finally, the thin films properties are investigated when depositing on wood substrates.

Ce travail de thèse porte sur le développement de nouvelles couches minces nanocomposites par plasma froid à la pression atmosphérique. L’objectif principal est d’améliorer la compréhension des mécanismes physico-chimiques régissant ce procédé de synthèse. La stratégie adoptée est basée sur l’injection via un aérosol d’une suspension colloïdale de nanoparticules d’oxyde métallique dans une décharge à barrière diélectrique opérant en atmosphère d’azote (décharge de Townsend). Dans un premier temps, la synthèse est réalisée de manière séquentielle, la fabrication d’une matrice inorganique de silice (SiO2) étant séparée du dépôt des nanoparticules (TiO2). Ensuite, les couches nanocomposites sont obtenues par un procédé en une seule étape à travers l’injection simultanée dans la décharge des nanoparticules et d’un précurseur polymérisable organosiliciée (HMDSO). Les travaux présentés dans ce manuscrit se divisent en quatre grandes parties : tout d’abord le procédé de fabrication des nanoparticules est présenté, et une étude de leur dispersion dans divers solvants chimiques est réalisée. Puis la deuxième partie s’intéresse à l’étape de nébulisation de la suspension colloïdale, à l’analyse des distributions de taille des objets injectés et à l’étude de leur transport sans plasma. En particulier, une étude de l'influence des principales forces agissant sur leur transport est réalisée. Ces résultats permettent ensuite d’évaluer l’impact de la décharge sur le transport, et sur la réalisation des couches minces nanocomposites. Finalement, l’analyse des propriétés obtenues pour ces couches minces sur des substrats de bois est présentée dans une dernière partie. / This PhD work is focused on the development of a new generation of nanocomposite thin films using cold plasma at atmospheric pressure. The main objective is to improve the understanding of the mechanisms involved in this process. The strategy is based on the injection of a metal oxide nanoparticles suspension in a dielectric barrier discharge operating in nitrogen (Townsend discharge). At first, the nanocomposite thin film is deposited sequentially: the fabrication of the inorganic matrix of silica (SiO2) is separated from the collection of the nanoparticles (TiO2). Then, the nanocomposite layers are obtained by a one-step process using a direct injection inside the discharge of nanoparticles dispersed in a polymerizable organosilicon precursor (HMDSO). This manuscript is divided into four major parts: first, the synthesis of the nanoparticles and the study of their dispersion in different solvents are presented. Then, in the second part we focus on the atomization of the colloidal suspension, on the analysis of the size distributions of the injected objects and on the study of their transport towards the discharge area. These results are then used to assess the influence of the discharge on the transport and the quality of deposited nanocomposite thin films. Finally, the thin films properties are investigated when depositing on wood substrates.