This research includes two topics. The first topic is prepared a series of poly(methyl methacrylate) (PMMA)-based copolymers through free radical copolymerizations of methyl methacrylate in the presence of the either 2 - vinyl - 4,6 -diamino - 1, 3, 5triazine(VDAT) or vinylbenzyl -thymine (VBT). Using 1H nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), we investigated the thermal properties and hydrogen-bonding interactions within blends of the two copolymers poly(2-vinyl-4,6-diamino-1,3,5-triazine-co-methyl methacrylate) (PVD AT-co-PMMA) and poly(vinylbenzylthymine-co-methyl methacrylate) (PVBT-co-PMMA). A large positive deviation in the behavior of the glass transition temperature determined by using the Kwei equation and DSC analyses indicated that strong multiple hydrogen-bonding interactions existed between the two copolymers. The FTIR and solid-state NMR spectroscopic analyses provided positive evidence for the presence of three hydrogen bonds between the diamino-1,3,5-triazine groups of PVDAT and thymine groups of PVBT. The second topic is synthesized a series of alkyne end-terminated poly(£^-Benzyl L-glutamate) (alkyne-PBLG), which was prepared by the ring-opening polymerization of the N-carboxyanhydride monomer of £^-Benzyl L-glutamate-carboxyanhydride. Then combination of the alkyne-PBLG with polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) with eight function groups are prepared through the click reation and formed a peptide-based block polymer with £\-helice and £]-sheet conformations. The thermal properties and structure of these polypeptides were characterized by using 1H NMR and FTIR. The FTIR, solid-state NMR and WXRD spectroscopic analyses provided evidence for the change of secondary structure between POSS and terminated peptide group, so that the conformation of £]-sheets and £\-helices would be influenced by the incorporation of POSS nanoparticle.

La vectorisation est une stratégie pharmaceutique qui consiste non seulement à réduire les quantités de principe actif administrées, mais aussi à améliorer le rapport bénéfice/risque pour le patient. La délivrance cellulaire spécifique est augmentée alors que les effets secondaires causés par la délivrance non spécifique sont diminués. Pour être le plus efficace possible, différents vecteurs ont été proposés, non seulement capables d’encapsuler des molécules thérapeutiques, mais aussi d’interagir efficacement avec les cellules cibles. De ce point de vue, les nanoparticules polymères sont des objets intéressants pour cibler de manière spécifique certaines cellules, grâce à la combinaison unique d’une taille nanométrique et de la possibilité de moduler considérablement leurs propriétés physico-chimiques.A ce jour, l’influence de la morphologie des micro- et nanoparticules sur leur biodistribution est quasiment inconnue. Cependant, les rares études sur ce sujet suggèrent que la forme des objets introduits dans le corps a une influence majeure sur leur devenir dans les fluides [1], in vitro [2], et in vivo. Ainsi, l’observation des micro-organismes a déjà démontré que leur forme influence non seulement leur déplacement, mais aussi leur capacité à interagir avec les cellules et à être capturés par les macrophages.Comprendre, au niveau micro- et nanométrique l’influence de la forme sur les interactions entre les particules et les cellules présente un intérêt scientifique et pharmaceutique indéniable. Dans ce cadre, l’objectif de notre projet était d’identifier les différents mécanismes ou phénomènes que la forme peut impacter, et d’essayer de quantifier leur importance respective. De plus en plus d’études sur la fabrication de micro- et nanoparticules de formes originales émergent, mais quasiment aucune donnée ne fournit d’indication sur l’influence de la forme sur le comportement de ces objets.Pour mener à bien ce travail, nous nous sommes concentrés sur la production de particules non sphériques de formes et surfaces contrôlées, soit par une méthode d’auto-assemblage de copolymères de poly(gamma-benzyle-L-glutamate), soit par la déformation de particules sphériques. Enfin nous avons étudié l’influence in vitro de la forme sur les interactions avec des surfaces caractérisées, par résonance plasmonique de surface, sur les interactions avec des cellules (Cellules endothéliales humaines du cordon ombilical, HUVEC), et l’influence de la forme sur le devenir in vivo de ces particules. Tous ces éléments ont permis de démontrer que la forme des micro- et nanoparticules doit être considérée comme un facteur majeur pour moduler leur devenir in vivo. / The drug targeting strategy aims not only to reduce the amount of administered drugs, but also to improve the benefit/risk ratio for the patient. Specific cellular delivery is raised while toxic effects caused by non specific delivery are weakened.To be fully efficient various vectors have been proposed, which are not only able to encapsulate the therapeutic molecules, but are also meant to interact efficiently with target cells. From this point of view, polymer nanoparticles are interesting objects for specifically targeting cells because of a unique combination of a nanometric size and the possibility to considerably modulate their physico-chemical properties.To this day the influence of the morphology of micro- and nanoparticles on their biodistribution is mostly unknown. However only a few studies suggest that the shapeof objects introduced in the body has a major influence on their fate in fluids[1], in vitro [2], and in vivo. Thus the observation of micro-organisms shows that shape not only influences their displacement, but also their capacity to interact with cells and the capture by macrophages.Understanding, at the micro- and nanometric levels the influence of shape on the interaction between particles and cells presents an undeniable scientific andpharmaceutical interest. Within this framework, the objective of our project is toidentify the different mechanisms or phenomena that the shape might impact, and to try to quantify their significance. More and more studies on the fabrication of micro and nanoparticles are emerging, but almost no data referred to the influence of shape on the behavior of these objects.To realize this study, we focused on producing non spherical particles of controlledshape and surface, either by auto-assembly of copolymers of poly(gamma-benzyl-Lglutamate)or by deformation of spherical nanoparticles. Then we studied the influence of shape on the in vitro interactions with characterized surfaces throughsurface plasmon resonance, on the interactions with cells (Human umbilical veinendothelial cells, HUVEC), and on the in vivo fate of the particles. All these elements demonstrated that the morphology of micro- and nanoparticles must be considered as a major factor to modulate their in vivo fate.

La vectorisation est une stratégie pharmaceutique qui consiste non seulement à réduire les quantités de principe actif administrées, mais aussi à améliorer le rapport bénéfice/risque pour le patient. La délivrance cellulaire spécifique est augmentée alors que les effets secondaires causés par la délivrance non spécifique sont diminués. Pour être le plus efficace possible, différents vecteurs ont été proposés, non seulement capables d'encapsuler des molécules thérapeutiques, mais aussi d'interagir efficacement avec les cellules cibles. De ce point de vue, les nanoparticules polymères sont des objets intéressants pour cibler de manière spécifique certaines cellules, grâce à la combinaison unique d'une taille nanométrique et de la possibilité de moduler considérablement leurs propriétés physico-chimiques.A ce jour, l'influence de la morphologie des micro- et nanoparticules sur leur biodistribution est quasiment inconnue. Cependant, les rares études sur ce sujet suggèrent que la forme des objets introduits dans le corps a une influence majeure sur leur devenir dans les fluides [1], in vitro [2], et in vivo. Ainsi, l'observation des micro-organismes a déjà démontré que leur forme influence non seulement leur déplacement, mais aussi leur capacité à interagir avec les cellules et à être capturés par les macrophages.Comprendre, au niveau micro- et nanométrique l'influence de la forme sur les interactions entre les particules et les cellules présente un intérêt scientifique et pharmaceutique indéniable. Dans ce cadre, l'objectif de notre projet était d'identifier les différents mécanismes ou phénomènes que la forme peut impacter, et d'essayer de quantifier leur importance respective. De plus en plus d'études sur la fabrication de micro- et nanoparticules de formes originales émergent, mais quasiment aucune donnée ne fournit d'indication sur l'influence de la forme sur le comportement de ces objets.Pour mener à bien ce travail, nous nous sommes concentrés sur la production de particules non sphériques de formes et surfaces contrôlées, soit par une méthode d'auto-assemblage de copolymères de poly(gamma-benzyle-L-glutamate), soit par la déformation de particules sphériques. Enfin nous avons étudié l'influence in vitro de la forme sur les interactions avec des surfaces caractérisées, par résonance plasmonique de surface, sur les interactions avec des cellules (Cellules endothéliales humaines du cordon ombilical, HUVEC), et l'influence de la forme sur le devenir in vivo de ces particules. Tous ces éléments ont permis de démontrer que la forme des micro- et nanoparticules doit être considérée comme un facteur majeur pour moduler leur devenir in vivo.

In this study, tetraphenylthiophenen (TP) with aggregation-induced emission enhancement (AIEE) property is served as terminal and central fluorophores of poly(£^-benzyl-L-glutamate) (PBLG)-based polymers of TP1PBLG and TP2PBLG, respectively, to probe for the relationship between the secondary structure (£\-helix) of polypeptides and the ALEE-operative fluorescence (FL). Intermolecular aggregation of the central TP unit in the di-substituted TP2PBLG is sterically blocked by the large £\-helical PBLG chains, which lead to the reduced AIEE-oriented FL. On the contrast, the terminal TP units in TP1PBLG can easily approach each other to form aggregates with strong FL. Factor (e.g. solvent annealing) controlling the fraction of £\-helix chain also varies the corresponding emission intensity. Conformational difference between TP1PBLG and TP2PBLG evaluated from the infrared and the X-ray (wide- and small-angle) diffraction spectra is also used to verify its influence on the AIEE-operative FL behavior.

My dissertation is primarily divided into two parts. The first deals with the preparation, functionalization, and characterization of carbon surfaces prepared by direct current magnetron sputtering (DCMS) and high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) as substrates for bioarrays. Part two discusses applications of XPS peak fitting in surface chemical analysis. Chapter 1, the introduction, includes (i) a discussion of the construction of bioarrays and the preparation of sputtered surfaces, e.g., by DCMS and HiPIMS, and also functionalization (bioconjugate) chemistry with special emphasis on the importance of covalent functionalization of surfaces, and (ii) a discussion of the surface characterization techniques and accompanying analysis methods I have primarily used, which include X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), near-ambient pressure XPS (NAP-XPS), XPS peak fitting, and contact angle goniometry (wetting). Chapter 2 discusses the preparation, characterization, and functionalization of DCMS and HiPIMS carbon surfaces for bioarrays. Here, two functionalization chemistries are explored, where the activity of DCMS and HiPIMS carbon towards amidation and amination is compared. Chapter 3 focuses on the use of Gaussian-Lorentzian sum (GLS) and Gaussian-Lorentzian product (GLP) line shapes in the context of peak fitting XPS narrow scans. This discussion includes a comparison of the GLS and GLP line shapes with the Voigt function. Chapters 4 and 5 discuss the applications of XPS peak fitting in materials characterization. Chapter 4 talks about XPS data analysis in the context of the chemical vapor deposition of various aminosilanes and their effect on peptide stability and purity. Chapters 5 describes the surface chemical analysis of various materials by NAP-XPS, including accompanying data analysis and/or peak fitting. The materials probed here cannot be analyzed at ultra-high vacuum by conventional XPS, hence, they are analyzed by NAP-XPS. Chapter 5 is divided into 5 sections. Section 5.1.1 discusses the characterization and analysis of a solution of bovine serum albumin (BSA) by peak fitting the C 1s and O 1s peak envelopes. Section 5.1.2 discusses the analysis of polytetrafluoroethylene (PTFE) at different pressures. Here, the effect of increasing background pressure and X-ray illumination time on the equivalent widths of the F 1s narrows scans is shown. Environmental charge compensation is also discussed here. Section 5.1.3 includes the analysis of poly(γ-benzyl L-glutamate) (PBLG), where the C 1s and O 1s peak envelopes were peak fitted to determine/confirm the structure and composition of this polymer. Section 5.1.4 contains an analysis and comparison of three different human hair samples: (i) untreated, (ii) colored, and (iii) bleached. Here, a comparison of the Si 2p, S 2p, and C 1s peaks illustrates the effects of the different treatments. Section 5.1.5 shows the characterization and analysis of liquid and solid phosphate buffered saline (PBS). Chapter 6 presents conclusion of my work and discusses future work.