Cette thèse a eu pour objectif l'élaboration de matériaux hybrides auto-assemblés à base de poly(3-hexylthiophène) et de nanocristaux de CdSe en vue d'applications en cellules photovoltaïques. Pour cela, des groupements de reconnaissance moléculaire complémentaires ont été introduits latéralement à la chaîne principale du polymère et à la surface de nanocristaux. Ainsi des groupements diaminopyrimidine ont été introduits par post-fonctionnalisation d'un copolymère de poly(3-hexylthiophène-co-3-bromohexylthiophène) et des groupements thymine ont été introduits à la surface des nanocristaux par réaction d'échange de ligand avec le 1-(6-mercapto-hexyl)thymine.<br />Les solubilités respectives du polymère et des nanocristaux rendent leur mise en œuvre par mélange de solutions difficile. Un protocole « one pot » a été développé, mais cette voie reste peu satisfaisante du point de vue du contrôle de la composition de l'hybride et de la mise en œuvre pour des dispositifs photovoltaïques.<br />Finalement, la technique du dépôt couche par couche permet de s'affranchir des problèmes de solubilités tout en contrôlant précisément le processus de dépôt. Quelques paramètres expérimentaux du dépôt couche par couche ont été explorés pour identifier leurs influences sur les dépôts. Les films obtenus ont ensuite été caractérisés par des techniques de microscopie et diffraction des rayons X, révélant une structure interpénétrée plutôt que multicouche. Le comportement électrochimique de ces films a également été étudié par cyclovoltammétrie et spectroélectrochimie UV-vis-PIR. Des cellules solaires ont été réalisées avec ces hybrides et elles ont été testées sous éclairement. Les caractéristiques I=f(V) obtenues révèlent qu'un effet photovoltaïque a bien lieu dans ces matériaux.

Les aptamères sont de courts oligonucléotides sélectionnés par le procédé SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment), présentant une affinité et une spécificité élevée pour leur cible. Ce travail porte sur la caractérisation physico-chimique d'aptamères et l'étude de leur affinité avec leur cible, par électrophorèse capillaire, à travers l'exemple d'un aptamère dirigé contre une cible protéique fortement basique, le lysozyme. Après évaluation de différents traitements de surface du capillaire, la modification permanente par l'hydroxypropylcellulose a été retenue afin de limiter l'adsorption protéique tout en restant compatible avec l'analyse de l'aptamère. Le comportement électrophorétique de l'aptamère en présence de différents cations en solution a ensuite été étudié par électrophorèse capillaire d'affinité (ACE), mettant en évidence dans le cas d'un dication une interaction significative pouvant induire un changement de conformation de l'aptamère, et donc susceptible d'influer sur l'interaction avec la cible. Le développement d'une méthode d'analyse frontale électrocinétique en microsystème (FACMCE) avec détection de fluorescence a permis de déterminer les paramètres de l'interaction aptamère-lysozyme, ainsi que l'influence des conditions expérimentales sur l'affinité. Enfin, des nanoparticules magnétiques fluorescentes cœur/coquille ont été fonctionnalisées par l'aptamère puis caractérisées par électrophorèse capillaire de zone (CZE). L'étude par FACMCE de l'interaction entre l'aptamère greffé et le lysozyme a montré une affinité similaire à celle de l'aptamère libre, permettant ainsi d'envisager l'utilisation future de ces objets comme outils de bio-reconnaissance moléculaire.

Les caractéristiques structurales et les interactions intra et/ou intermoléculaires non-covalentes jouent un rôle primordial dans l'activité des molécules d'intérêt biologique, notamment lors de la reconnaissance moléculaire entre un médicament et son récepteur. Par ailleurs, on peut connaître par les études en phase gazeuse (sans les effets du solvant) les propriétés intrinsèques des systèmes moléculaires. Des calculs de chimie quantique élaborés peuvent ainsi être comparés aux résultats des expériences pour en tirer des informations précises. L'équipe AMIBES tente ainsi de décrire les structures de peptides, d'oligonucléotides ou de complexes d'intérêt pharmaceutiques. Pour cela, nous prenons appui sur deux techniques expérimentales complémentaires, la spectroscopie IRMPD et la spectrométrie de mobilité ionique, dont les résultats sont comparés avec des simulations. Dans ce travail de thèse, j'ai d'abord testé les prédictions d'une méthode QM/MM en ce qui concerne le calcul des spectres IR d'espèces d'intérêt biologique isolées. J'ai ensuite utilisé cette méthode pour simuler les spectres IR de brins de la protéine amyloïde β en phase gazeuse. Il ressort de ces études que leur structure secondaire varie selon l'état de protonation et le solvant dans lequel ils sont dissous: un solvant polaire favorise les structures globulaires, alors qu'une constante diélectrique plus basse permet de conserver une structure en hélice α. Je me suis également intéressé aux changements de structure induits par la complexation d'un antibiotique, la vancomycine, avec un modèle de son récepteur. En mode positif, le site de fixation de celui-ci est différent de celui révélé par la cristallographie, mais les interactions spécifiques responsables de la grande constante d'affinité en solution sont conservées dans le complexe déprotoné.

La reconnaissance moléculaire constitue l'une des questions fondamentales les plus discutées dans le domaine de la chimie supramoléculaire. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude des propriétés de capsules hélicoïdales auto-organisées par repliement d'oligoamides aromatiques. Ces récepteurs sont constitués d'une chaîne oligomérique se repliant en hélice et comprenant une séquence d'unités codant pour des diamètres différents. Le repliement de l'oligomère donne naissance à une cavité pouvant accueillir des molécules invitées. La grande modularité des séquences, permettant une évolution contrôlée des structures des foldamères, donne lieu à la reconnaissance sélective et anticipée de substrats d'intérêts biologiques. Le phénomène d'encapsulation a été mis en évidence en solution par spectroscopie RMN et CD, et dans le solide par diffraction des rayons X.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les proazaphosphatranes sont des entités phosphorées bicycliques superbasiques également connues sous le nom de superbases de Verkade et les azaphosphatranes constituent leurs acides conjugués. Les travaux de cette thèse porte sur l'étude des propriétés de ces molécules en milieu confiné. Premièrement, le confinement des superbases a été étudié au sein de structure de type hémicryptophane (molécules possédant des cavités dissymétriques formées à partir d'une unité cyclotrivératrylène et d'une seconde unité de symétrie C3). Une modulation de la basicité a pu être notamment observée dans les différentes structures étudiées possédant des tailles de cavité différentes par comparaison avec les superbases modèles dépourvues de cavité. L'activité catalytique d'une superbase encagée a pu être testée dans deux réactions de catalyse nucléophile et basique. Puis les azaphosphatranes, acides faibles aux stuctures robustes, jusque-là peu utilisés en organocatalyse ont été valorisés pour la synthèse de carbonates cycliques à partir d'époxydes et de dioxyde de carbone (CO2). Un effet sur la stabilité des catalyseurs encagés a pu être démontré. Enfin un catalyseur hétérogène a pu être mis au point par immobilisation d'un azaphosphatrane sur silice mésoporeuse de type SBA-15.

Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objectif d'une part le développementd'une nouvelle famille de protéines artificielles et d'autre part la création de nouveaux sitesde fixation spécifiques dans ces protéines. L'objectif général était de développer une approchegénérale permettant d'obtenir rapidement des protéines reconnaissant toute macromoléculecible choisie. On peut voir ces protéines artificielles spécifiques comme des sortes d'anticorpsartificiels pour leur spécificité et leur affinité mais dont les propriétés physiques : stabilité,solubilité, efficacité d'expression, insensibilité à l'agrégation sont nettement plus favorablesque celles des anticorps et de leur dérivés.Le premier chapitre, présente la conception et la construction d'une bibliothèque deprotéines artificielles dite de première génération où les protéines sont formées par larépétition d'un motif idéalisé à partir d'une famille de motifs naturels appelés HEAT repeats.Toutes les protéines de la bibliothèque, dénommées αRep, sont conçues pour avoir la mêmearchitecture générale mais diffèrent les unes des autres par le nombre de motifs et par laséquence dans certaines positions rendues variables au sein de chaque motif. Cette banquenous a permis de valider l'architecture αRep choisie : Les protéines s'expriment sous formesoluble, sont très stables et adoptent la structure secondaire et tertiaire attendue quel que soitla séquence des positions hypervariables. Le second chapitre présente alors les approchessuivies pour l'amélioration de la qualité et de la diversité de la bibliothèque et a conduit à laconstruction d'une bibliothèque d'αRep de deuxième génération. Cette dernière bibliothèque(2 .1) repose sur le même schéma général mais contient une diversité ayant été optimiséelors de la conception puis améliorée expérimentalement par une procédure dite deFiltration/shuffling. Cette bibliothèque très diverse (1.7*109 clones indépendants) a été alorsexploitée pour y rechercher, par des méthodes d'exposition sur phages, de nouvelles αRepreconnaissant des protéines cibles préalablement choisies. L'ensemble des résultats montretrès clairement que des αRep reconnaissant spécifiquement, avec une affinité élevée, desprotéines cibles choisies arbitrairement peuvent être effectivement obtenues. Les structurestridimensionnelles de plusieurs complexes formés entre les αRep et leur cible a été résoluepermet de comprendre la nature et l'organisation précise de ces capacités de reconnaissancemoléculaire nouvellement créées.

Les résultats présentés dans ce manuscrit décrivent la synthèse et l'étude de silices hybrides organiques-inorganiques visant des applications dans le domaine de la santé. Les précurseurs polysilylés synthétisés sont des dérivés de la triazine comportant des motifs de reconnaissance moléculaire du type donneur-accepteur-donneur qui peuvent complexer des molécules complémentaires, tel que l'acide cyanurique, via des liaisons H. La préparation de matériaux hybrides à partir de ces précurseurs complexés ou non, ainsi que leur mise en forme pour obtenir des nanoparticules, sont réalisées dans des conditions nucléophiles. Ces matériaux sont sensibles aux pH puisque des pH légèrement acides peuvent entrainer la dissociation du complexe. Des précurseurs du même type sont également utilisés pour la fonctionnalisation de nanoparticules de type MCM-41 afin de créer des nanomachines. Ces dernières se sont révélées très efficaces lors d'études in vitro en présentant une mort cellulaire significative pour le cancer du sein. / In this thesis hybrid organic-inorganic silicas have been synthesized and studied for applications in health field.The synthesized polysilylated precursors are based on triazine derivatives including donor-acceptor-donor molecular recognition motifs which can complex complementary compounds, like cyanuric acid, via hydrogen bonds. Hybrid bulk materials as well as nanoparticles, with or without complex, are obtained upon nucleophilic catalysis from these precursors and are shown to be pH-sensitive since a slightly acidic pH could destabilize the complex.In addition, such type of precursors is also used to functionalize MCM-41 nanoparticles in order to prepare nanomachines. In vitro studies showed the efficiency of these systems with significant cell death for breast cancer.

Le présent travail de recherche vise à mieux connaître les interactions au sein d'auto-assemblages petites molécules – ADN dans le but de faciliter la conception de futurs ligands ou vecteurs de l'ADN. Pour se faire, des composés guanidiniums, sélectionnés pour leur capacité d'interaction avec les oxoanions – incluant les phosphodiesters de l'ADN – ont été bisfonctionnalisés pour sonder l'importance des interactions secondaires dans les auto-assemblages petites molécules - ADN. Deux approches différentes, rationnelle et combinatoire dynamique, ont été utilisées pour étudier les interactions au sein des auto-assemblages formés le long du squelette phosphodiester.Avec l'approche rationnelle, des guanidiniums bisfonctionnalisés avec des groupements aromatiques de taille variable ont démontré leur capacité à s'auto-assembler avec l'ADN en solution aqueuse via la reconnaissance du squelette phosphodiester. Les expériences de compétition montrent l'importance des interactions d'empilement π-π dans la stabilisation de ces auto-assemblages.Dans le cadre de l'approche combinatoire dynamique, un guanidinium comportant deux terminaisons aldéhyde a été utilisé pour générer, par amination réductrice, des bibliothèques combinatoires dynamiques basées sur la liaison imine. La génération de bibliothèques avec différentes amines en absence et en présence d'oligo(dT) sur cellulose met en évidence des effets de matrice caractérisés par des changements constitutionnels. Les résultats montrent ainsi que les constituants aux groupements cationiques et aromatiques sont sélectivement retenus contrairement aux constituants portant des substituants anioniques. Les informations structurales obtenues par ces deux approches pourront à l'avenir être utilisées pour la conception de nouveaux ligands de l'ADN.Parallèlement à ces études des interactions petites molécules – ADN, des polymères covalents dynamiques poly-acylhydrazones combinant des moitiés cationiques et de courts groupements d'éthylène glycol au sein de leur chaîne principale ont été conçus. Ces matériaux, capables de s'auto-assembler sous forme d'oligomères par polycondensation à haute concentration, complexent efficacement l'ADN double brin dans les médias biologiques et sont dégradables en milieu acide. L'association de ces deux caractéristiques les rend donc intéressants pour une application en tant que vecteurs « intelligents » pour la délivrance de gènes. / The present research work aims to learn more about the interactions inside small-molecules – DNA self-assemblies in order to facilitate the conception of future DNA ligands or vectors. To achieve this goal, guanidinium compounds, selected for their recognized ability to interact with oxoanions – DNA phosphodiesters – were bisfunctionnalized to probe the importance of secondary interactions in the small-molecules – DNA self-assemblies. Two different approaches, rational and dynamic combinatorial, were used to study the interactions inside the self-assemblies formed along the phosphodiester backbone.With the rational approach, guanidiniums bisfunctionnalized with aromatic groups of varying size demonstrated the ability to self-assemble with DNA in aqueous solution via phosphodiester recognition. The competition experiments show the importance of the π-π stacking interactions in the stabilisation of these self-assemblies.Within the framework of the dynamic combinatorial approach, a guanidinium bearing two aldehyde terminations was used to generate, by reductive amination, dynamic combinatorial libraries based on the imine bond. The generation of libraries with different amines in absence and in presence of oligo(dT) on cellulose shows templating effects that are characterized by constitutional changes. The results thus show that constituents with cationic or aromatic groups are selectively retained on DNA while those featuring anionic groups are not.The structural information gained by these two approaches could be used in the future to design new DNA ligands.In parallel to these studies of the small-molecules – DNA interactions, dynamic covalent polymers combining cationic moieties and short ethylene glycol groups in their principal chain have been designed. These materials are able to self-assemble as oligomeres by polycondensation performed at high concentration and effectively complex double-stranded DNA in biological media and are degradable in acidic conditions. The association of these two characteristics make them interesting for an application as “smart” vectors for gene delivery.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la recherche relative au développement de biosenseurs à ADN électrochimiques. Des aspects fondamentaux, ainsi que des aspects d’application de la détection d’hybridation d’ADN sont envisagés.<p>Dans un premier temps, le comportement interfacial et le processus d’hybridation d’oligonucléotides d’ADN linéaires et ADN hairpin (structure en épingle à cheveux) nonmarqués sont étudiés en formant des monocouches auto-assemblées mixtes de monobrins d’ADN (ssADN) thiolés et d’un hydroxyalcanethiol (4-mercaptobutan-1-ol) par coadsorption spontanée sur des électrodes d’or polycristallin. L’immobilisation de monocouches mixtes ssADN/MCB est caractérisée par voie électrochimique et par spectroscopie des photoélectrons X. Des mesures de chronocoulométrie, en présence de [Ru(NH3)6]3+ (RuHex), permettent de déterminer la quantité d’ADN dans la monocouche mixte formée. Les résultats montrent que l’excès superficiel d’ADN linéaire est plus important que l’excès superficiel d’ADN hairpin sous des conditions de formation identiques.<p>La réaction de reconnaissance moléculaire d’hybridation est détectée par des mesures d’impédance en présence de [Fe(CN)6]3-/4-. L’hybridation se traduit dans le cas de l’ADN linéaire par une augmentation de la résistance au transfert d’électron Rct tandis que dans le cas de l’ADN hairpin, Rct diminue. Ces différences sont dues au plus faible recouvrement et au changement de conformation des molécules d’ADN hairpin lors de l’hybridation. Des mesures de réflectivité de neutrons nous ont permis de mettre en évidence l’augmentation de l’épaisseur du film d’ADN hairpin et de confirmer le changement conformationel ces sondes lors de la reconnaissance moléculaire.<p>Dans la seconde partie, nous présentons une nouvelle méthode électrochimique de détection d’hybridation, basée sur les interactions électrostatiques entre le complexe cationique RuHex et les groupements phosphates de l’ADN. Afin d’améliorer la détection des molécules de PNA (peptide nucleic acid) ont été immobilisées comme sondes de reconnaissance moléculaire. Après hybridation des sondes PNA avec le brin complémentaire, RuHex s’adsorbe sur l’ADN hybridé et un signal de réduction de ces complexes redox, enregistré par voltampérométrie alternative, constitue une signature claire de l’hybridation d’ADN à l’interface modifiée. Les interactions RuHex/PNA-ADN ont été étudiées. La constante d’adsorption de RuHex sur l’électrode modifiée PNA/MCB après hybridation est évaluée à 2,9 (±0,3) 105 M-1 en milieu Tris-HCl 0,01M, selon une isotherme de Langmuir.<p>Les performances analytiques de la méthode de détection (sensibilité, sélectivité et reproductibilité) ont été évaluées et optimisées pour la détection des séquences d’ADN du gène de l’ARNr 23S d’Helicobacter pylori. La méthode de détection électrochimique présentée est assez sélective pour permettre de discriminer les mutations ponctuelles A2143G et A2144C de la séquence de type sauvage. La diminution significative des signaux d’admittance enregistrés en présence des séquences mutées est attribuée à la capacité accrue de discrimination de mutations ponctuelles des molécules PNA.<p>La réponse de détection est linéaire en fonction du logarithme de la concentration de la cible d’ADN sur plus de quatre ordres de grandeur (10-6 M à 10-10 M). La limite de détection de l’oligonucléotide d’ADN complémentaire de 80 pM est très bonne. La méthode a été appliquée avec succès à la détection de fragments PCR complémentaires de 100 et 400 paires de bases, amplifiés à partir de souches SS1 d’H.pylori. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished