Glucose entry into the brain and its subsequent metabolism to L-lactate, regulated by astrocytes, plays a major role in synaptic plasticity and memory formation. A recent study has shown that L-lactate produced by the brain upon stimulation of glycolysis, and glycogen-derived L-lactate from astrocytes and its transport into neurons, is crucial for memory formation. A recent study revealed the molecular mechanisms that underlie the role of L-lactate in neuronal plasticity and long-term memory formation. L-lactate was shown to induce a cascade of molecular events via modulation of redox-sensitive N-Methyl-D-aspartate (NMDA) receptor activity that was mimicked by nicotinamide adenine dinucleotide hydride (NADH) co-enzyme. This indicated that changes in cellular redox state, following L-lactate transport inside the cells and its subsequent metabolism, production of NADH, and favouring a reduced state are the key effects of L-lactate. Therefore, we are investigating the role of L-lactate in modulating NMDA receptor function via redox modulatory sites. Accordingly, crucial redox-sensitive cysteine residues, Cys320 and Cys87, of the NR2A NMDA receptor subunit are mutated using site-directed mutation, transfected, and expressed in HEK293 cells. This cellular system will then be used to characterise and monitor its activity upon Llactate stimulation, compared to the wild type. This will be achieved by calcium imaging, using fluorescent microscopy. Our data shows that L-lactate potentiated NMDA receptor activity and increased intracellular calcium influx in NR1/NR2A wild type compared to the control condition (WT NR1/NR2A perfused with (1μM) glutamate and (1μM) glycine agonist only), showing faster response initiation and slower decay rate of the calcium signal to the baseline. Additionally, stimulating with L-lactate associated with greater numbers of cells having high fluorescent intensity (peak amplitude) compared to the control. Furthermore, L-lactate rescued the mutated NMDA NR1/NR2A C320A C87A receptor response that showed altered activity upon mutation up to the control level. Future experiments need to be carried out on different redox-sensitive residues of various NMDA receptor subunits to reveal the exact molecular mechanisms of L-lactate.

The Neoproterozoic was a time of major change in Earth’s surficial history, including a major rise in atmospheric oxygen, the first appearance of complex metazoan life, and a series of worldwide glaciations. A particular interesting element of these so called “snowball Earth” glacial deposits is the presence of iron formation, a distinctive Precambrian rock type that is largely absent from the post-Paleoproterozoic record. Despite being relatively poorly studied with respect to their geochemistry and sedimentology, Neoproterozoic iron formations are used to support many models for the record of oxygen concentrations of the Earth. The classical example of Neoproterozoic iron formation is the Rapitan iron formation of northwestern Canada. This hematite-jasper iron formation is associated with glaciogenic turbidites and diamictites. Despite being the archetype, the Rapitan iron formation has not been studied in the context of recent ideas about the Neoproterozoic. In this thesis, the stratigraphy, geochemistry, and basin architecture of the Rapitan iron formation are reassessed. Using the REE+Y and the redox-sensitive elements Mo and U, it is shown that the Rapitan iron formation was deposited in a partially restricted basin from biogenically reduced iron under variable redox conditions. Elemental Re and Mo isotopes further show that although oxic and ferruginous conditions predominated during deposition of the iron formation, a transition towards a sulfidic water column locally terminated deposition. Finally, regional stratigraphy and geochemistry show that the iron formation was preferentially deposited in deep, newly formed basins that were protected from significant siliciclastic sedimentation. These basins were delimited by inferred crustal-scale faults trending roughly perpendicular to the axis of the rift basin, and allowed significant changes in thickness and sedimentological character over short distances along strike. These factors help build an overall geotectonic regime under which Neoproterozoic iron formations were deposited: young, deep rift basins that had undergone marine incursion, and were intermittently sealed by an ice shelf, allowing for the generation of an anoxic, iron-rich water column. The absence of the Eu anomaly and the heavy Mo isotopic signature indicate that the open ocean was fully oxygenated at the time of Rapitan iron formation deposition, as opposed to ferruginous as previously suggested.

Endoplasmic reticulum (ER) stress plays an important role in the pathogenesis of obesity-related inflammation and insulin resistance in adipose tissue. However, the mechanisms responsible for induction of ER stress are presently unclear. Proper ER redox state is crucial for oxidative protein folding and secretion and impaired protein folding in ER leads to induction of unfolded protein response and ER stress. However, while ER redox state is more oxidizing compared to the rest of the cell, its regulation is poorly understood. In order to determine the effects of ER redox state on development of ER stress and insulin resistance, several fluorescence-based sensors have been developed. However, these sensors have yielded results that are inconsistent with each other and with earlier non-fluorescence-based studies. In this study we attempted to develop and characterize a sensitive tool to study the ER redox state in adipocytes in real-time by targeting a new generation of redox-sensitive green fluorescent protein (roGFP) to ER. The roGFP1-iL sensor targeted to the ER is termed ‘eroGFP1-iL’ by convention. The ER-targeting eroGFP1-iL construct contains the signal peptide from adiponectin and the ER retention motif KDEL and has a midpoint reduction potential of -229 mV in vitro in oxidized and reduced lipoic acid. Despite having a midpoint reduction potential that is 50 mV higher than the previously determined midpoint reduction potential of the ER, eroGFP1-iL was found capable of detecting both oxidizing and reducing changes in the ER. In an attempt to determine the mechanisms by which roGFP1-iL detects oxidizing changes, we found that, first, glutathione mediated the formation of disulfide-bonded roGFP1-iL dimers with an intermediate excitation fluorescence spectrum resembling a mixture of oxidized and reduced monomers. Second, glutathione facilitated dimerization of roGFP1-iL, which in effect shifted the equilibrium from oxidized monomers to dimers, thereby increasing the molecule’s reduction potential compared with a dithiol redox buffer like lipoic acid. From this study, we concluded that the glutathione redox couple in ER significantly raised the reduction potential of roGFP1-iL in vivo by facilitating its dimerization while preserving its ratiometric nature, which makes it suitable for monitoring oxidizing and reducing changes in ER with high reliability in real-time. The ability of roGFP1-iL to detect both oxidizing and reducing changes in ER and its dynamic response in glutathione redox buffer between approximately -190 and -130 mV in vitro suggest a range of ER redox potential consistent with those determined by earlier approaches that did not involve fluorescent sensors. Our primary aim in developing eroGFP1-iL as a redox-sensing tool was to be able to assess whether redox changes represent an early initiator of ER stress in obesity-induced reduction in high molecular weight (HMW) adiponectin in circulation. Hypoxia is a known mediator of redox changes. We found that oligomerization of HMW adiponectin was impaired in the hypoxic conditions observed in differentiated fat cells. The redox-active antioxidant ascorbate was found capable of reversing hypoxia-induced ER stress. Lastly, we demonstrated that changes in ER redox condition is associated with ER stress response and is implicated in the mechanism of action of the insulin-sensitizing agent troglitazone and desensitizing agent palmitate. Using the redox sensing property of eroGFP1-iL, palmitate was found to be an effective modulator of redox changes in the ER and troglitazone was found to cause oxidizing changes in the ER. The action of palmitate in causing aberrant ER redox conditions was associated with aberrant HMW adiponectin multimerization. Palmitate-induced ER stress was ameliorated by troglitazone. Taken together, the data suggest a potential role of ER redox changes in ER stress and impaired protein folding in adipocytes.

Multi-proxy approach for the reconstruction of paleo-redox conditions is attempted on a radiocarbon (C-14) dated sediment core near the equatorial Indian Ocean. Based on the behavior and distribution of redox sensitive and productivity proxies, study demonstrates prevalence of anoxic bottom water conditions during LGM due to poorly ventilated bottom waters augmented by high surface productivity resulting in better preservation of organic carbon (OC). During early Holocene, the equatorial Indian Ocean witnessed high sedimentation rates resulting in high organic carbon (OC) with depleted redox sensitive elements thereby causing better preservation of OC. The study underscores poor bottom water ventilation during LGM and preservation of OC as a result of high sedimentation rate in early Holocene.

Elevated levels of geogenic arsenic (As) in groundwater are regarded as the most formidable environmental crisis in the contemporary world and an estimated 30-70 million people in Bangladesh are at risk. Many of the provided options for mitigation have not been well accepted. In recent years, local drillers have been targeting As-low groundwater on the basis of the color of the sediments. A correlation between the color characteristics of the sediments and the groundwater redox conditions and thereby the risk for As mobilization has been established. It is possible to assess the relative possibility of occurrence of high As concentrations in groundwater if the color characteristics of the sediments are known. One main objective of the present study is to validate if targeting As-safe groundwater is a sustainable mitigation strategy. This has been done through monitoring groundwater from tube-wells installed in sediments with different color, depth and redox characteristics. Samples were collected yearly from a set of 17 tube-wells for the period of 2004 to 2008 in Matlab, Bangladesh. The wells were grouped into oxidized and reduced/non-oxidized wells. All of these wells tap water within a depth of 85 m from the surface. Major cations and trace elements including As were analysed by high resolution ICP-OES; and anions were measured by ion chromatography. Groundwater chemistry of the water abstracted from different sediments revealed that no major change had occurred over the period of 5 years. In reduced wells, concentration of major cations and anions varied by <10% over time, and no significant variation was observed in redox sensitive elements, such as Fe, Mn and S. There were some minor variations in the As concentrations in the wells. In the oxidized wells, except well 58, major cations, anions and redox sensitive elements varied by <5%, while the As concentrations were found quite low and stable (<5.2 μg/L). Time series trends thus suggest that the change in groundwater chemistry is insignificant over the period of 5 years from 2004 to 2008. Low As concentrations in the tubewells installed in the oxidized brownish sediments thus validate the mitigation strategy corresponding to the conceptual understanding of the groundwater system in Matlab in southeastern Bangladesh.

La biologie des réactions redox est particulièrement difficile à étudier de par la compartimentation spatiale mais aussi cinétique des différents systèmes redox cellulaires. Les biosenseurs codés génétiquement, incluant la «redox-sensitive Yellow Fluorescent Protein» (rxYFP) sont une manière de contourner les limitations des méthodes conventionnelles de mesure du couple glutathion/glutathion disulfure (GSH/GSSG). Cette étude présente l’utilisation des biosenseurs rxYFP pour analyser les états redox dans des différents compartiments cellulaires, et leur dynamique en réponse au stress dans les cellules humaines. La rxYFP exprimée soit dans le cytosol, le noyau ou la matrice mitochondriale de cellules HeLa s’est révélée sensible aux changements de l’état redox intracellulaire provoqué par des traitements aussi bien réducteurs qu’oxydants. La rxYFP est capable de détecter des différences de l’état redox, entre les compartiments, mais aussi entre différentes lignées cellulaires. Les senseurs exprimés dans des kératinocytes humain de l’épiderme HEK001 ont réagi au stress induit par les UVA, de façon dose-dépendante, mais pas au stress induit par les UVB. De plus, ces senseurs ont pu détecter les changements redox induits par des faibles doses (30 µM) ainsi que par des doses modérées (100 µM) de peroxyde d’hydrogène (H2O2), de façon dynamique et spécifique des compartiments cellulaires. La rxYFP exprimé dans la matrice mitochondriale a montré une vitesse d’oxydation plus élevée que les senseurs rxYFP exprimés dans le cytosol ou le noyau, ce qui est attribuable à un pH local plus basique. De plus, la déplétion en GSH provoquée par un traitement au buthionine sulphoximine (BSO) a affecté spécifiquement le potentiel redox mitochondrial mais pas cytosolique ni nucléaire. Ces observations soutiennent l’idée que l’état redox du GSH mitochondrial est maintenu et régulé de façon indépendante par rapport à celui du cytosol ou du noyau. Nous avons également montré que dans les cellules humaines, les sondes rxYFP réagissent de façon prédominante avec le GSH/GSSG, puisque la déplétion en GSH ralentit la vitesse d’oxydation de la rxYFP en réponse à un traitement par H2O2. De plus, grâce à l’utilisation des sondes rxYFP et à l’analyse de l’état redox des antioxydants cellulaires, nous démontrons que l’oxydation des thiols se produit après l’activation des caspases au cours de l’apoptose induite par TRAIL. L’ensemble de nos données montrent la robustesse des senseurs rxYFP pour la mesure des changements d’état redox dans les cellules humaines. En complément d’autres senseurs redox ainsi que des méthodes conventionnelles de mesure des états redox, les senseurs rxYFP ciblés aux différents compartiments cellulaires sont un nouvel outil pour étudier l’homéostasie redox dans les cellules de mammifères, et permettent l’étude de l’état redox du glutathion et de la dynamique des changements redox avec une grande précision. / The kinetic and spatial separation of redox systems renders redox biology studies a particularly challenging field. Genetically encoded biosensors including the glutathione-specific redox-sensitive yellow fluorescent protein (rxYFP) may provide an alternative way to overcome the limitations of conventional glutathione/glutathione disulfide (GSH/GSSG) redox measurements. This study describes the use of rxYFP sensors for investigating compartment-specific steady redox states and their dynamics in response to stress in human cells. RxYFP expressed either in the cytosol, nucleus or mitochondrial matrix of HeLa cells was responsive to the intracellular redox state changes induced by reducing as well as oxidizing agents. Compartment-targeted rxYFP sensors were able to detect different steady state redox conditions between the cytosol, nucleus and mitochondrial matrix as well as between the cell lines. These sensors expressed in human epidermal keratinocytes HEK001 responded to stress induced by UVA radiation in a dose-dependent manner but not to UVB radiation. Furthermore, rxYFP sensors were able to sense dynamic and compartment-specific redox changes caused by low dose (30 µM) and moderate dose (100 M) hydrogen peroxide (H2O2). Mitochondrial matrix-targeted rxYFP displayed a greater dynamics of oxidation in response to a H2O2 challenge than the cytosol- and nucleus-targeted sensors, largely due to a more alkaline local pH environment. Similarly, the depletion of glutathione induced by buthionine sulphoximine (BSO) affected selectively mitochondrial redox potential without inducing changes in cytosol and nucleus. Furthermore, using rxYFP probes and cellular antioxidants redox state analysis, we show that oxidation of thiols occurs after activation of caspases during TRAIL-induced apoptosis. These observations support the view that mitochondrial glutathione redox state is maintained and regulated independently from that of the cytosol and nucleus. We also showed that in human cells the rxYFP probes react predominantly with glutathione since the glutathione depletion slows down the dynamics of rxYFP oxidation in response to H2O2. Taken together, our data show the robustness of the rxYFP sensors to measure compartmental redox changes in human cells. Complementary to existing redox sensors and conventional redox measurements, compartment-targeted rxYFP sensors provide a novel tool for examining mammalian cell redox homeostasis, permitting high resolution readout of steady glutathione state and dynamics of redox changes.

Les différentes lithologies sédimentaires du Groupe Belqa présentent un enrichissement en P et en toute une série d'éléments sensibles aux conditions redox. Il est montré que l'enrichissement en U, Cu, Co, Mo, V résulte d'un dépôt syn-sédimentaire sous conditions suboxiques. Par contre, les éléments Cr, Ni, Cd, Zn sont beaucoup plus enrichis et requierent un flux exogénique de métal probablement relié à l'altération de roches ultrabasiques obductées à la même période au nord de cette région, lors de la collision de la plaque arabo-africaine avec la plaque eurasienne. Les phosphates représentent le principal hôte de l'uranium et des terres rares. L'analyse des apatites par ablation laser ICP-MS a permis de montrer leur évolution, depuis le stade sédimentaire-diagénétique, puis pyrométamorphique, jusqu'à l'altération supergène. La libération de l'uranium de la structure de l'apatite lors du pyrométamorphisme et de l'altération supergène permet sa mise à disposition pour la formation de minéralisations. Le pyrométamorphisme, dû à une combustion des niveaux riches en matière organique, est responsable de la déstabilisation des apatites, et de la formation de roches de compositions semblables à des ciments clinker/Portland. L'uranium a également été libéré de la structure de l'apatite par altération supergène. L'altération météorique et les fluides évaporitiques ont permis le lessivage et le transport des éléments (U, V) des roches carbonatées métamorphiques, et des carbonates puis a conduit au dépôt des vanadates d'uranyles dans les carbonates pulvérulents ayant subi une dissolution importante / The different lithologies of the Belqa Group present an enrichment in P and various redox sensitive elements. The U, Cu, Co, Mo, V enrichment results from synsedimentary deposition in suboxic conditions. However, the higher Cr, Ni, Cd, Zn enrichment requires an exogenic metal flux probably related to the terrestrial leaching of ultrabasic rocks obducted during the collision between African-Arabian and Eurasian plates to the north of the study region, at the same time. Phosphates are the main host lithology for uranium and rare earth elements. The analysis of the apatites by laser ablation ICP-MS shows their evolution along the sedimentary-diagenetic and pyrometamorphic stages, up to the supergene weathering. The uranium liberation from the apatite structure during the pyrometamorphism and surficial weathering led to its availability as supergene ore mineralization. Pyrometamorphism resulted from the combustion of organic-rich layers and caused the destabilization of the apatites, and the formation of rocks which have compositions similar to clinker/Portland cements. Uranium has been also released from the structure of the apatite by supergene alteration. Meteoric weathering and the evaporitic groundwater resulted in the leaching and the transport of the elements (U, V) from the metamorphic carbonated hills, and from the surrounding permeable limestone which has undergone dissolution in the near surface zone

R??sum?? : Les copolym??res ?? blocs sensibles aux stimuli (SR-BCPs) et leurs assemblages, tels que les micelles, les v??sicules et les hydrogels, peuvent subir des changements physiques ou chimiques en r??ponse ?? l'??volution des conditions environnementales. Pour un excellent SR-BCP, habituellement, de l??g??res modifications de l'environnement sont suffisantes pour induire des modifications relativement drastiques dans la conformation, la structure ou les propri??t??s du polym??re. Ces polym??res sont aussi appel??s polym??res stimuli-r??actifs ou polym??res intelligents et ils ont un grand potentiel d'application dans de nombreux domaines. Au cours des deux derni??res d??cennies, un int??r??t de recherche et d??veloppement particulier a ??t?? port?? sur l'exploitation des SR-BCPs pour utilisation comme syst??mes de relargage de m??dicaments. Dans de nombreux cas, les changements induits par des stimuli dans la structure ou la morphologie des assemblages de BCPs peuvent entra??ner la lib??ration de l'esp??ce encapsul??e, parfois d'une mani??re contr??lable spatialement et temporellement par le choix d'un stimulus appropri?? et en ajustant les param??tres de la m??thode de stimulation utilis??e. De fa??on g??n??rale, le fait d???avoir un certain type de groupements r??actifs ?? un stimulus donn?? dans la structure permet aux SR-BCPs de reconna??tre et r??agir ?? ce stimulus. Malgr?? les ??normes progr??s r??alis??s sur les SR-BCPs, un certain nombre de questions fondamentales restent ?? r??soudre afin de leur permettre de se trouver dans des applications pratiques. Pour y arriver, la cl?? ou le d??fi r??side dans l???am??lioration du niveau et de la complexit?? de contr??le sur les SR-BCPs ainsi que la sensibilit?? avec laquelle ces polym??res r??agissent ?? des stimuli. G??n??ralement, il est souhaitable d'obtenir une r??action rapide sous l'action d'une stimulation mod??r??e. A cette fin, il est n??cessaire d???effectuer des recherches fondamentales sur la conception rationnelle de nouveaux SR-BCPs ainsi que sur le d??veloppement de m??thodes de stimulation qui peuvent amplifier l'effet d'un stimulus. Les travaux de recherche pr??sent??s dans cette th??se s'inscrivent dans ce domaine de recherche. Plus sp??cifiquement, nous avons ??tudi?? des micelles de BCPs qui r??pondent ?? deux types de stimuli. D'une part, nous avons ??tudi?? un m??canisme d'amplification bas?? sur l???effet des ultrasons combin?? ?? la thermosensibilit?? de BCPs. D'autre part, nous avons d??velopp?? une nouvelle conception de BCPs qui permet aux micelles d?????tre d??truites soit de mani??re photochimique, soit par des r??actions d'oxydo-r??duction, tout en ayant le nombre minimum des groupes stimuli-r??actifs dans la structure du polym??re. Notre recherche a g??n??r?? de nouvelles connaissances dans ce domaine et sugg??re de nouveaux moyens sur la fa??on dont les questions de sensibilit?? et de contr??le complexe des micelles SR-BCPs peuvent ??tre abord??es, contribuant ainsi ?? l'avancement des connaissances fondamentales. Le c??ur de cette th??se est compos?? de trois publications r??sultant des projets r??alis??s. Dans le premier projet, afin de coupler la sensibilit?? aux ultrasons et la thermosensibilit??, nous avons men?? une ??tude ayant pour but de trouver des structures possibles de polym??res qui sont susceptibles d'??tre affect??es par les ultrasons. Nous avons effectu?? une ??tude comparative sur la destruction des micelles form??es par divers BCPs et la lib??ration concomitante d'un colorant hydrophobe encapsul?? (rouge du Nil) par les ultrasons focalis??s de haute intensit?? (HIFU). Nous avons constat?? que toutes les micelles form??es par les quatre copolym??res diblocs synth??tis??s, ??tant constitu??s d'un m??me bloc du polyoxyde d'??thyl??ne (PEO) hydrophile et d???un bloc de polym??thacrylate hydrophobe diff??rent, peuvent ??tre perturb??es par les ultrasons. Toutefois, l'ampleur de la perturbation et la lib??ration du colorant encapsul?? dans la micelle est influenc??e par la structure chimique du block hydrophobe. En particulier, les micelles du PEO-b-PIBMA (poly(1-isobutoxym??thacrylate d'??thyle)) et du PEO-b-PTHPMA (poly(m??thacrylate de 2-t??trahydropyrannyle)), qui poss??dent une unit?? ac??tal labile dans le groupe lat??ral, subissent des perturbations plus importantes en raison, probablement, d???une r??action d???hydrolyse de l???ester induite par les ultrasons, donnant lieu ?? une lib??ration plus rapide du colorant. En revanche, les micelles du PEO-b-PMMA (poly(m??thacrylate de m??thyle)), dont le bloc polym??thacrylate est plus stable, sont plus r??sistantes aux ultrasons et pr??sentent une cin??tique de lib??ration du colorant plus lente que les autres micelles. De plus, l???analyse des spectres infrarouges des solutions micellaires, enregistr??s avant et apr??s l???exposition aux ultrasons, sugg??re une r??action d???hydrolyses pour le PEO-b-PIBMA et le PEO-b-PTHPMA, mais montre l'absence d???une quelconque r??action chimique pour le PEO-b-PMMA. L'effet de la structure de copolym??re ?? blocs sur la r??activit?? des micelles ?? l'irradiation HIFU ?? hautes fr??quences permet de mieux comprendre comment des micelles de BCPs sensibles aux ultrasons peuvent ??tre con??ues. Sur la base du premier projet, dans le deuxi??me projet, nous avons d??montr?? une nouvelle approche pouvant amplifier l'effet de HIFU sur la destruction des micelles de BCPs en solution aqueuse. L???id??e est d???introduire une petite quantit?? des unit??s comonom??res sensibles aux ultrasons dans le bloc thermosensible et initialement hydrophobe. On peut alors former une micelle dont le noyau est compos?? du polym??re sensible aux ultrasons. Si la r??action induite par les ultrasons sur le noyau permet d???augmenter la temp??rature de solution critique inf??rieure (LCST) du polym??re thermosensible au-dessus de la temp??rature de la solution micellaire, la micelle doit ??tre dissolue car tout le BCP est devenu soluble dans l???eau. Pour tester la validit?? de ce nouveau m??canisme, nous avons synth??tis?? et ??tudi?? un copolym??re dibloc de PEO-b-P(MEO[indice inf??rieur 2]MA-co-THPMA) (MEO[indice inf??rieur 2]MA repr??sente 2-(2-m??thoxy??thoxy) m??thacrylate d'??thyle), dans lequel le bloc thermosensible P(MEO[indice inf??rieur 2]MA-co-THPMA) est hydrophobe ?? T>LCST. Le THPMA a ??t?? choisi en raison de sa plus grande r??activit?? vis-??-vis des faisceaux HIFU que les autres monom??res ??tudi??s dans le premier projet. Les r??sultats montrent que les HIFU peuvent effectivement augmenter la LCST du bloc P(MEO[indice inf??rieur 2]MA-co-THPMA) et, par cons??quent, induire la dissociation des micelles ?? une temp??rature constante de la solution. Une analyse spectrale en RMN [indice sup??rieur 13]C a fourni des preuves montrant que l'hydrolyse des groupes THPMA se produit sous l???irradiation HIFU et que la destruction des micelles provient d'une augmentation de la LCST en raison de la conversion des motifs hydrophobes THPMA en motifs acides m??thacryliques (MAA) hydrophiles. Cette m??thode de modifier la LCST par une irradiation des ultrasons est g??n??rale et peut ??tre appliqu??e aux autres groupements sensibles aux ultrasons dans la conception de ce type de SR-BCPs. Cette ??tude a ainsi d??montr?? un nouveau m??canisme d'amplification et de contr??le des micelles de BCPs via la modification induite par les ultrasons de la temp??rature de transition de phase (LCST) du bloc constituant le noyau micellaire. Le troisi??me projet pr??sent?? dans cette th??se portait sur une conception rationnelle de BCPs ayant un but pr??cis: permettre aux micelles d?????tre perturb??es par deux types de stimuli en utilisant le nombre minimal des unit??s sensibles ?? des stimuli dans la structure de BCPs. Pour ce faire, nous avons con??u et synth??tis?? un nouveau copolym??re tribloc amphiphile de type ABC, soit le poly(oxyde d'??thyl??ne) - disulfure ??? polystyrene - o-nitrobenzyle - poly(2-(dim??thylamino) ??thylm??thacrylate) (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA). Il dispose d'une liaison disulfure redox-clivable entre les blocs PEO et PS ainsi que d'un groupe o-nitrobenzyle (ONB) photoclivable ?? la jonction des blocs PS et PDMAEMA. Nous avons montr?? que ce mod??le est une strat??gie utile pour permettre aux micelles de BCPs de r??pondre soit ?? un agent r??ducteur comme le dithiothr??itol (DTT) dans une solution, soit ?? l'exposition ?? la lumi??re UV, tout en ayant le nombre minimum des groups stimuli-r??actifs dans la structure du copolym??re (deux unit??s par cha??ne). Nos investigations ont r??v??l?? que les micelles de ce copolym??re tribloc peuvent ??tre perturb??es de diff??rentes fa??ons. Lorsqu'un seul stimulus est appliqu??, l'enl??vement d'un type des cha??nes de polym??re hydrophile ?? partir de la couronne de micelles, soit le PEO par clivage par oxydo-r??duction ou le PDMAEMA par photoclivage, entra??ne un effet limit?? de d??stabilisation sur la dispersion des micelles. L'agglom??ration de quelques micelles appara??t mais la dispersion reste essentiellement stable. En revanche, en cas d'utilisation combin??e des deux stimuli qui clivent ?? la fois le PEO et le PDMAEMA, une agr??gation importante du polym??re se produit ?? la suite de l'??limination de l'amphiphilicit?? du polym??re. // Abstract : Stimuli-responsive block copolymers (SR-BCPs) and their assemblies, such as micelles, vesicles and hydrogels, can undergo physical or chemical changes in response to changing environmental conditions. For an excellent SR-BCP, usually, slight changes in the environment are sufficient to induce relatively drastic changes in either the conformation or structure or properties of the polymer. Stimuli-reactive polymers are often referred to as smart polymers and they have great application potential in many fields. Over the past two decades, particular research and development interest has been focused on exploiting SR-BCP assemblies as drug delivery systems (DDSs). In many cases, stimuli-induced changes in the structure or morphology of BCP assemblies (drug carriers) can result in the release of loaded species, sometimes in a spatially and temporally controllable manner by choosing an appropriate stimulus and adjusting the parameters of the used stimulating method. Generally speaking, by having a certain type of stimuli-reactive moieties in the structure, SR-BCP assemblies have an ability to recognize a specific stimulus and react to its presence accordingly. Despite the tremendous progress achieved on SR-BCPs, a number of fundamental issues remain to be addressed in order to enable real-life applications of these smart polymers. Of them, an increasing level and complexity of control on SR-BCPs as well as the sensitivity with which these polymers react to stimuli are key and challenging. It is highly desirable to obtain a fast reaction under the action of a modest stimulation. To this end, fundamental research is necessary on rational and creative BCP structural design as well as on development of stimulation methods that can amplify the effect of a stimulus. The research work presented in this thesis falls into this important topic. More specifically, we studied BCP micelles that are responsive to two types of stimuli. On the one hand, we investigated an amplification mechanism based on coupling the ultrasound reactivity with the thermosensitivity of BCPs. On the other hand, we developed a BCP structural design that allows micelles to be disrupted by either light or redox agents while having the minimum number of stimuli-reactive moieties in the polymer structure. Our research provided new insights into and suggested new means on how the issues of sensitivity and complex control of SR-BCP micelles can be tackled, thus contributing to the advancement of fundamental knowledge. The core of this thesis is comprised of three publications resulting from the projects realized in our research work. In order to couple the ultrasound sensitivity and thermosensitivity, in the first project, we carried out studies to find possible polymer structures that are susceptible to be affected by ultrasound. We conducted a comparative study on the disruption of the micelles formed by various BCPs and the concomitant release of an encapsulated hydrophobic dye (Nile Red) by high-intensity focused ultrasound (HIFU). It was found that all micelles formed by the four synthesized diblock copolymers, being composed of a hydrophilic poly(ethylene oxide) (PEO) block and a different polymethacrylate hydrophobic block, could be disrupted by ultrasound. However, the extent of the micellar disruption and dye release was found to be influenced by the chemical structure of the micelle-core-forming hydrophobic polymethacrylate. In particular, micelles of PEO-b-PIBMA (poly(1-(isobutoxy)ethyl methacrylate)) and PEO-b-PTHPMA (poly(2-tetrahydropyranyl methacrylate)), whose hydrophobic blocks have a labile acetal unit in the side group and are more likely to undergo ester hydrolysis, could be disrupted more severely by ultrasound, giving rise to a faster release of Nile Red. By contrast, micelles of PEO-b-PMMA (poly(methyl methacrylate)), whose polymethacrylate block is more stable, appear to be more resistant to ultrasound irradiation and exhibit a slower rate of dye release than other BCPs. Moreover, infrared spectra recorded with micelles before and after ultrasound irradiation of the aqueous solution of the micelles give evidence for the occurrence of chemical reactions, most likely hydrolysis, for PEO-b-PIBMA and PEO-b-PTHPMA, but absence of chemical reactions for PEO-b-PMMA. The effect of BCP chemical structure on the reaction of micelles to high-frequency HIFU irradiation shows the perspective of designing and developing ultrasound-sensitive BCP micelles for ultrasound-based delivery applications. On the basis of the first project, in the second project, we demonstrated a new approach that could amplify the effect of HIFU on the disassembly of BCP micelles in aqueous solution. By introducing a small amount of ultrasound-labile comonomer units into the micelle core-forming thermosensitive polymer, the ultrasound-induced reaction of the comonomer could increase the lower critical solution temperature (LCST) of the thermosensitive polymer due to a polarity change, which renders the BCP soluble in water without changing the solution temperature and, consequently, results in disassembly of BCP micelles. To prove the validity of this new mechanism, we synthesized and investigated a diblock copolymer of PEO-b-P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA) (MEO[subscript 2]MA stands for 2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate). In the thermosensitive random copolymer block P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA), which is hydrophobic at T>LCST, THPMA was chosen due to its greater reactivity under HIFU than other monomer structures investigated in the first project. We found that HIFU could indeed increase the LCST of the P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA) block and, as a result, dissociate the BCP micelles at a constant temperature. A [superscript 13]C NMR spectral analysis provided critical evidence that hydrolysis of the THPMA groups occurs under HIFU irradiation and the micellar disassembly originates from an increase in the LCST due to the ultrasound-induced conversion of hydrophobic comonomer units of THPMA onto hydrophilic methacrylic acid (MAA). This ultrasound-changeable-LCST approach is general and can be applied by exploring other ultrasound-labile moieties in the BCP design. By transducing an ultrasound-induced effect into a changing thermosensitivity of the micelle core-forming block, this study demonstrated a new amplification and control mechanism for SR-BCP micelles. The third project presented in this thesis dealt with a rational BCP design that had a specific purpose: allowing BCP micelles to be disrupted by two types of stimuli while using the minimum number of stimuli-reactive moieties in the BCP structure. The unveiling of such BCP structures provides insight into how to make BCP micelles sensitive to stimuli. To do this, we designed and synthesized a new amphiphilic ABC-type triblock copolymer, namely, poly(ethylene oxide)-disulfide-polystyrene- o-nitrobenzyl-poly(2-(dimethylamino)ethylmethacrylate) (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA), which features a redox-cleavable disulfide linkage between the PEO and PS blocks as well as a photocleavable ONB group as the junction of the PS and PDMAEMA blocks. We demonstrated that this design is a useful strategy to allow BCP micelles to respond to both a reducing agent like dithiothreitol (DTT) in solution and exposure to UV light while having the minimum number of stimuli-reactive moieties in the block copolymer structure (two units per chain). Our investigations found that the micelles of this triblock copolymer could be disrupted in different ways. When only one stimulus is applied, the removal of one type of hydrophilic polymer chains from the micelle corona, either PEO by redox-cleavage or PDMAEMA by photocleavage, results in a limited destabilization effect on the dispersion of the micelles. The agglomeration between a few micelles appears but the dispersion remains essentially stable. By contrast, under combined use of the two stimuli that cleaves both PEO and PDMAEMA, severe polymer aggregation occurs as a result of elimination of the polymer amphiphilicity. Moreover, by loading the hydrophobic Nile Red in the micelles, the fluorescence quenching of the dye by aqueous medium under the different uses of the two stimuli appears to correlate with the different extents of the micellar disruption. // ?????? : ??????????????????????????????SR-BCPs???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCP?????????????????????????????????DDSs???????????????????????????????????????BCP?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-????????????????????????SR-BCP??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 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Résumé : Les copolymères à blocs sensibles aux stimuli (SR-BCPs) et leurs assemblages, tels que les micelles, les vésicules et les hydrogels, peuvent subir des changements physiques ou chimiques en réponse à l'évolution des conditions environnementales. Pour un excellent SR-BCP, habituellement, de légères modifications de l'environnement sont suffisantes pour induire des modifications relativement drastiques dans la conformation, la structure ou les propriétés du polymère. Ces polymères sont aussi appelés polymères stimuli-réactifs ou polymères intelligents et ils ont un grand potentiel d'application dans de nombreux domaines. Au cours des deux dernières décennies, un intérêt de recherche et développement particulier a été porté sur l'exploitation des SR-BCPs pour utilisation comme systèmes de relargage de médicaments. Dans de nombreux cas, les changements induits par des stimuli dans la structure ou la morphologie des assemblages de BCPs peuvent entraîner la libération de l'espèce encapsulée, parfois d'une manière contrôlable spatialement et temporellement par le choix d'un stimulus approprié et en ajustant les paramètres de la méthode de stimulation utilisée. De façon générale, le fait d’avoir un certain type de groupements réactifs à un stimulus donné dans la structure permet aux SR-BCPs de reconnaître et réagir à ce stimulus. Malgré les énormes progrès réalisés sur les SR-BCPs, un certain nombre de questions fondamentales restent à résoudre afin de leur permettre de se trouver dans des applications pratiques. Pour y arriver, la clé ou le défi réside dans l’amélioration du niveau et de la complexité de contrôle sur les SR-BCPs ainsi que la sensibilité avec laquelle ces polymères réagissent à des stimuli. Généralement, il est souhaitable d'obtenir une réaction rapide sous l'action d'une stimulation modérée. A cette fin, il est nécessaire d’effectuer des recherches fondamentales sur la conception rationnelle de nouveaux SR-BCPs ainsi que sur le développement de méthodes de stimulation qui peuvent amplifier l'effet d'un stimulus. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s'inscrivent dans ce domaine de recherche. Plus spécifiquement, nous avons étudié des micelles de BCPs qui répondent à deux types de stimuli. D'une part, nous avons étudié un mécanisme d'amplification basé sur l’effet des ultrasons combiné à la thermosensibilité de BCPs. D'autre part, nous avons développé une nouvelle conception de BCPs qui permet aux micelles d’être détruites soit de manière photochimique, soit par des réactions d'oxydo-réduction, tout en ayant le nombre minimum des groupes stimuli-réactifs dans la structure du polymère. Notre recherche a généré de nouvelles connaissances dans ce domaine et suggère de nouveaux moyens sur la façon dont les questions de sensibilité et de contrôle complexe des micelles SR-BCPs peuvent être abordées, contribuant ainsi à l'avancement des connaissances fondamentales. Le cœur de cette thèse est composé de trois publications résultant des projets réalisés. Dans le premier projet, afin de coupler la sensibilité aux ultrasons et la thermosensibilité, nous avons mené une étude ayant pour but de trouver des structures possibles de polymères qui sont susceptibles d'être affectées par les ultrasons. Nous avons effectué une étude comparative sur la destruction des micelles formées par divers BCPs et la libération concomitante d'un colorant hydrophobe encapsulé (rouge du Nil) par les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). Nous avons constaté que toutes les micelles formées par les quatre copolymères diblocs synthétisés, étant constitués d'un même bloc du polyoxyde d'éthylène (PEO) hydrophile et d’un bloc de polyméthacrylate hydrophobe différent, peuvent être perturbées par les ultrasons. Toutefois, l'ampleur de la perturbation et la libération du colorant encapsulé dans la micelle est influencée par la structure chimique du block hydrophobe. En particulier, les micelles du PEO-b-PIBMA (poly(1-isobutoxyméthacrylate d'éthyle)) et du PEO-b-PTHPMA (poly(méthacrylate de 2-tétrahydropyrannyle)), qui possèdent une unité acétal labile dans le groupe latéral, subissent des perturbations plus importantes en raison, probablement, d’une réaction d’hydrolyse de l’ester induite par les ultrasons, donnant lieu à une libération plus rapide du colorant. En revanche, les micelles du PEO-b-PMMA (poly(méthacrylate de méthyle)), dont le bloc polyméthacrylate est plus stable, sont plus résistantes aux ultrasons et présentent une cinétique de libération du colorant plus lente que les autres micelles. De plus, l’analyse des spectres infrarouges des solutions micellaires, enregistrés avant et après l’exposition aux ultrasons, suggère une réaction d’hydrolyses pour le PEO-b-PIBMA et le PEO-b-PTHPMA, mais montre l'absence d’une quelconque réaction chimique pour le PEO-b-PMMA. L'effet de la structure de copolymère à blocs sur la réactivité des micelles à l'irradiation HIFU à hautes fréquences permet de mieux comprendre comment des micelles de BCPs sensibles aux ultrasons peuvent être conçues. Sur la base du premier projet, dans le deuxième projet, nous avons démontré une nouvelle approche pouvant amplifier l'effet de HIFU sur la destruction des micelles de BCPs en solution aqueuse. L’idée est d’introduire une petite quantité des unités comonomères sensibles aux ultrasons dans le bloc thermosensible et initialement hydrophobe. On peut alors former une micelle dont le noyau est composé du polymère sensible aux ultrasons. Si la réaction induite par les ultrasons sur le noyau permet d’augmenter la température de solution critique inférieure (LCST) du polymère thermosensible au-dessus de la température de la solution micellaire, la micelle doit être dissolue car tout le BCP est devenu soluble dans l’eau. Pour tester la validité de ce nouveau mécanisme, nous avons synthétisé et étudié un copolymère dibloc de PEO-b-P(MEO[indice inférieur 2]MA-co-THPMA) (MEO[indice inférieur 2]MA représente 2-(2-méthoxyéthoxy) méthacrylate d'éthyle), dans lequel le bloc thermosensible P(MEO[indice inférieur 2]MA-co-THPMA) est hydrophobe à T>LCST. Le THPMA a été choisi en raison de sa plus grande réactivité vis-à-vis des faisceaux HIFU que les autres monomères étudiés dans le premier projet. Les résultats montrent que les HIFU peuvent effectivement augmenter la LCST du bloc P(MEO[indice inférieur 2]MA-co-THPMA) et, par conséquent, induire la dissociation des micelles à une température constante de la solution. Une analyse spectrale en RMN [indice supérieur 13]C a fourni des preuves montrant que l'hydrolyse des groupes THPMA se produit sous l’irradiation HIFU et que la destruction des micelles provient d'une augmentation de la LCST en raison de la conversion des motifs hydrophobes THPMA en motifs acides méthacryliques (MAA) hydrophiles. Cette méthode de modifier la LCST par une irradiation des ultrasons est générale et peut être appliquée aux autres groupements sensibles aux ultrasons dans la conception de ce type de SR-BCPs. Cette étude a ainsi démontré un nouveau mécanisme d'amplification et de contrôle des micelles de BCPs via la modification induite par les ultrasons de la température de transition de phase (LCST) du bloc constituant le noyau micellaire. Le troisième projet présenté dans cette thèse portait sur une conception rationnelle de BCPs ayant un but précis: permettre aux micelles d’être perturbées par deux types de stimuli en utilisant le nombre minimal des unités sensibles à des stimuli dans la structure de BCPs. Pour ce faire, nous avons conçu et synthétisé un nouveau copolymère tribloc amphiphile de type ABC, soit le poly(oxyde d'éthylène) - disulfure – polystyrene - o-nitrobenzyle - poly(2-(diméthylamino) éthylméthacrylate) (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA). Il dispose d'une liaison disulfure redox-clivable entre les blocs PEO et PS ainsi que d'un groupe o-nitrobenzyle (ONB) photoclivable à la jonction des blocs PS et PDMAEMA. Nous avons montré que ce modèle est une stratégie utile pour permettre aux micelles de BCPs de répondre soit à un agent réducteur comme le dithiothréitol (DTT) dans une solution, soit à l'exposition à la lumière UV, tout en ayant le nombre minimum des groups stimuli-réactifs dans la structure du copolymère (deux unités par chaîne). Nos investigations ont révélé que les micelles de ce copolymère tribloc peuvent être perturbées de différentes façons. Lorsqu'un seul stimulus est appliqué, l'enlèvement d'un type des chaînes de polymère hydrophile à partir de la couronne de micelles, soit le PEO par clivage par oxydo-réduction ou le PDMAEMA par photoclivage, entraîne un effet limité de déstabilisation sur la dispersion des micelles. L'agglomération de quelques micelles apparaît mais la dispersion reste essentiellement stable. En revanche, en cas d'utilisation combinée des deux stimuli qui clivent à la fois le PEO et le PDMAEMA, une agrégation importante du polymère se produit à la suite de l'élimination de l'amphiphilicité du polymère. // Abstract : Stimuli-responsive block copolymers (SR-BCPs) and their assemblies, such as micelles, vesicles and hydrogels, can undergo physical or chemical changes in response to changing environmental conditions. For an excellent SR-BCP, usually, slight changes in the environment are sufficient to induce relatively drastic changes in either the conformation or structure or properties of the polymer. Stimuli-reactive polymers are often referred to as smart polymers and they have great application potential in many fields. Over the past two decades, particular research and development interest has been focused on exploiting SR-BCP assemblies as drug delivery systems (DDSs). In many cases, stimuli-induced changes in the structure or morphology of BCP assemblies (drug carriers) can result in the release of loaded species, sometimes in a spatially and temporally controllable manner by choosing an appropriate stimulus and adjusting the parameters of the used stimulating method. Generally speaking, by having a certain type of stimuli-reactive moieties in the structure, SR-BCP assemblies have an ability to recognize a specific stimulus and react to its presence accordingly. Despite the tremendous progress achieved on SR-BCPs, a number of fundamental issues remain to be addressed in order to enable real-life applications of these smart polymers. Of them, an increasing level and complexity of control on SR-BCPs as well as the sensitivity with which these polymers react to stimuli are key and challenging. It is highly desirable to obtain a fast reaction under the action of a modest stimulation. To this end, fundamental research is necessary on rational and creative BCP structural design as well as on development of stimulation methods that can amplify the effect of a stimulus. The research work presented in this thesis falls into this important topic. More specifically, we studied BCP micelles that are responsive to two types of stimuli. On the one hand, we investigated an amplification mechanism based on coupling the ultrasound reactivity with the thermosensitivity of BCPs. On the other hand, we developed a BCP structural design that allows micelles to be disrupted by either light or redox agents while having the minimum number of stimuli-reactive moieties in the polymer structure. Our research provided new insights into and suggested new means on how the issues of sensitivity and complex control of SR-BCP micelles can be tackled, thus contributing to the advancement of fundamental knowledge. The core of this thesis is comprised of three publications resulting from the projects realized in our research work. In order to couple the ultrasound sensitivity and thermosensitivity, in the first project, we carried out studies to find possible polymer structures that are susceptible to be affected by ultrasound. We conducted a comparative study on the disruption of the micelles formed by various BCPs and the concomitant release of an encapsulated hydrophobic dye (Nile Red) by high-intensity focused ultrasound (HIFU). It was found that all micelles formed by the four synthesized diblock copolymers, being composed of a hydrophilic poly(ethylene oxide) (PEO) block and a different polymethacrylate hydrophobic block, could be disrupted by ultrasound. However, the extent of the micellar disruption and dye release was found to be influenced by the chemical structure of the micelle-core-forming hydrophobic polymethacrylate. In particular, micelles of PEO-b-PIBMA (poly(1-(isobutoxy)ethyl methacrylate)) and PEO-b-PTHPMA (poly(2-tetrahydropyranyl methacrylate)), whose hydrophobic blocks have a labile acetal unit in the side group and are more likely to undergo ester hydrolysis, could be disrupted more severely by ultrasound, giving rise to a faster release of Nile Red. By contrast, micelles of PEO-b-PMMA (poly(methyl methacrylate)), whose polymethacrylate block is more stable, appear to be more resistant to ultrasound irradiation and exhibit a slower rate of dye release than other BCPs. Moreover, infrared spectra recorded with micelles before and after ultrasound irradiation of the aqueous solution of the micelles give evidence for the occurrence of chemical reactions, most likely hydrolysis, for PEO-b-PIBMA and PEO-b-PTHPMA, but absence of chemical reactions for PEO-b-PMMA. The effect of BCP chemical structure on the reaction of micelles to high-frequency HIFU irradiation shows the perspective of designing and developing ultrasound-sensitive BCP micelles for ultrasound-based delivery applications. On the basis of the first project, in the second project, we demonstrated a new approach that could amplify the effect of HIFU on the disassembly of BCP micelles in aqueous solution. By introducing a small amount of ultrasound-labile comonomer units into the micelle core-forming thermosensitive polymer, the ultrasound-induced reaction of the comonomer could increase the lower critical solution temperature (LCST) of the thermosensitive polymer due to a polarity change, which renders the BCP soluble in water without changing the solution temperature and, consequently, results in disassembly of BCP micelles. To prove the validity of this new mechanism, we synthesized and investigated a diblock copolymer of PEO-b-P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA) (MEO[subscript 2]MA stands for 2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate). In the thermosensitive random copolymer block P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA), which is hydrophobic at T>LCST, THPMA was chosen due to its greater reactivity under HIFU than other monomer structures investigated in the first project. We found that HIFU could indeed increase the LCST of the P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA) block and, as a result, dissociate the BCP micelles at a constant temperature. A [superscript 13]C NMR spectral analysis provided critical evidence that hydrolysis of the THPMA groups occurs under HIFU irradiation and the micellar disassembly originates from an increase in the LCST due to the ultrasound-induced conversion of hydrophobic comonomer units of THPMA onto hydrophilic methacrylic acid (MAA). This ultrasound-changeable-LCST approach is general and can be applied by exploring other ultrasound-labile moieties in the BCP design. By transducing an ultrasound-induced effect into a changing thermosensitivity of the micelle core-forming block, this study demonstrated a new amplification and control mechanism for SR-BCP micelles. The third project presented in this thesis dealt with a rational BCP design that had a specific purpose: allowing BCP micelles to be disrupted by two types of stimuli while using the minimum number of stimuli-reactive moieties in the BCP structure. The unveiling of such BCP structures provides insight into how to make BCP micelles sensitive to stimuli. To do this, we designed and synthesized a new amphiphilic ABC-type triblock copolymer, namely, poly(ethylene oxide)-disulfide-polystyrene- o-nitrobenzyl-poly(2-(dimethylamino)ethylmethacrylate) (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA), which features a redox-cleavable disulfide linkage between the PEO and PS blocks as well as a photocleavable ONB group as the junction of the PS and PDMAEMA blocks. We demonstrated that this design is a useful strategy to allow BCP micelles to respond to both a reducing agent like dithiothreitol (DTT) in solution and exposure to UV light while having the minimum number of stimuli-reactive moieties in the block copolymer structure (two units per chain). Our investigations found that the micelles of this triblock copolymer could be disrupted in different ways. When only one stimulus is applied, the removal of one type of hydrophilic polymer chains from the micelle corona, either PEO by redox-cleavage or PDMAEMA by photocleavage, results in a limited destabilization effect on the dispersion of the micelles. The agglomeration between a few micelles appears but the dispersion remains essentially stable. By contrast, under combined use of the two stimuli that cleaves both PEO and PDMAEMA, severe polymer aggregation occurs as a result of elimination of the polymer amphiphilicity. Moreover, by loading the hydrophobic Nile Red in the micelles, the fluorescence quenching of the dye by aqueous medium under the different uses of the two stimuli appears to correlate with the different extents of the micellar disruption. // 摘要 : 刺激响应嵌段共聚物（SR-BCPs）和它们的自组装体（例如胶束、囊泡和水凝胶）可以对环境的改变做出物理或者化学变化的响应。对于优良的SR-BCP，在通常情况下，环境中的微小变化都足以诱导无论是在聚合物构象或者结构或者性能上相对很大的变化。刺激-反应性聚合物通常被称为智能聚合物，它们在许多领域具有很大的应用潜力。在过去的二十年中，专业的研究和新产品的开发一直聚焦在利用SR-BCP自组装体作为载药体系（DDSs）。在许多情况下，刺激诱导BCP自组装体（药物载体）结构或者形貌的改变都可以导致加载药物的释放。通过选择适当的刺激和调节用于刺激方法的参数，可以实现加载药物在空间和时间上的可控释放。一般来说，通过具有特定类型的刺激-反应性结构部分，SR-BCP自组装体就具有了识别特定刺激并做出相应反应的能力。 尽管SR-BCPs已经取得了巨大的发展，但是使这些智能聚合物能够在现实生活中得到应用，一些根本性的问题仍然需要加以解决。其中的关键和挑战是增加对SR-BCPs控制的深度和复杂性，以及对刺激响应的敏感度。使SR-BCPs能够在适度的刺激作用下做出快速的反应是人们梦寐以求的。为此，对于合理地创造性地设计BCP结构以及发展可以放大刺激效应的刺激方法的基础研究是非常有必要的。在本论文中提出的研究工作属于这一重要课题。具体来说，我们研究了双重刺激响应BCP胶束。一方面，基于BCPs的超声温度双重敏感性，我们研究了一种放大机制。另一方面，我们开发设计了一种在聚合物结构中只含有最少数目刺激-反应单元的BCP结构，可以让胶束被光或者还原剂破坏。我们的研究对于如何解决SR-BCP胶束的敏感性和复杂可控性提出了新的见解和方法，从而有利于基础知识的进步。 本论文的核心是由三篇已经发表的研究工作组成。为了实现超声和温度双重敏感性，在第一个研究课题中，我们对于容易受超声影响的聚合物结构进行了研究。我们比较了由不同BCPs组成的胶束结构在高强度聚焦超声（HIFU）作用下的破坏情况以及伴随着的包覆疏水染料（尼罗红）的释放情况。实验结果显示，四种以聚环氧乙烷为亲水端，不同的聚甲基丙烯酸酯为疏水端的两嵌段聚合物胶束都可以被超声扰动。然而，形成胶束疏水内核的聚甲基丙烯酸酯的化学结构影响胶束破坏和染料释放的程度。特别是，PEO-b-PIBMA（聚（ 1-（异丁氧基）乙基甲基丙烯酸酯） ）和PEO-b-PTHPMA（聚（2-四氢吡喃基甲基丙烯酸酯） ）的疏水端具有不稳定的酯键侧基，因此在超声作用下更容易酯键水解。他们的胶束也更容易 被超声扰动，从而更快的释放尼罗红。相比之下，PEO-b-PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）的聚甲基丙烯酸酯链段比较稳定。因此相对于其他胶束，PEO-b-PMMA胶束在超声下更稳定，释放染料的速度也相对较慢。根据超声辐照前后胶束水溶液的红外光谱显示，PEO-b-PIBMA和PEO-b-PTHPMA在超声辐照下发生了水解反应，但是PEO-b-PMMA没有发生化学反应。在高频率HIFU辐照下，BCP的化学结构对胶束反应的影响展现了设计和发展应用超声-敏感BCP胶束的新视角。 在第一个研究课题的基础上，在第二个研究课题中，我们展示了一种可以放大HIFU在水溶液中对BCP胶束破坏效果的新方法。通过在形成胶束内核的温敏性聚合物中引入少量的超声不稳定共聚单体，由于超声诱导共聚体极性的变化从而增加温敏性聚合物的最低临界溶液温度（LCST）。这使得在没有改变溶液温度的情况下，BCP溶于水，并进一步导致BCP胶束的瓦解。为了证明这种新机制的可行性，我们合成并研究了二嵌段共聚物PEO-b-P(MEO2MA-co-THPMA) （MEO2MA 代表2-（2-甲氧基乙氧基）乙基甲基丙烯酸酯）。当T > LCST时，无规的热敏嵌段共聚物P(MEO2MA-co-THPMA)是疏水的。选择THPMA是因为在第一个研究课题里，相比于其他结构的单体，它对于HIFU的辐照更敏感，具有更大的反应活性。我们发现， 通过HIFU的辐照确实可以增加P(MEO2MA-co-THPMA)链段的LCST，导致BCP胶束在温度不变的情况下瓦解。13C NMR 提供了关于超声诱导THPMA基团水解和由于超声诱导使疏水的THPMA共聚单元转变成亲水的MAA从而使LCST增加进一步导致胶束瓦解的关键证据。这种超声改变LCST的方法具有普遍意义，可以被用来探索在BCP设计中其他的超声不稳定基团。通过把超声诱导效应转换成胶束内核的温敏性变化，这项研究展示了一种全新的SR-BCP胶束的放大和控制机制。 在这篇论文中所展示的第三个研究课题是设计一个具有特定目的的合理的BCP结构。即允许在使用最少的刺激响应官能团的情况下，BCP胶束可以在两种刺激下瓦解。这种BCP结构的展示可以使我们更深入的了解如何使BCP胶束对刺激敏感。为此，我们设计并合成了新的两亲性ABC型三嵌段共聚物，即聚（环氧乙烷） - 二硫化物 - 聚苯乙烯 - 邻 - 硝基苄基 - 聚（ 2 - （二甲基氨基）乙基甲基丙烯酸酯） (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA)。它在PEO和PS嵌段之间具有可还原裂解的二硫键，在PS和PDMAEMA嵌段之间具有可光裂解的ONB基团。我们证实，对于使具有最少数量的刺激-反应官能团（每条分子链上仅有两个）的BCP胶束可以同时在还原剂二硫苏糖醇 （DDT）水溶液中和紫外光照下发生响应，此设计是一种行之有效的策略。我们研究发现，这种三嵌段共聚物胶束可以以不同的方式被破坏。当只施加一种刺激时，无论是还原裂解PEO链段，或是光裂解PDMAEMA链段，都只有一种亲水链从胶束外壳被移走，这都只能导致胶束分散有限的不稳定。虽然一些胶束之间发生了团聚，但是分散体系总体上基本保持稳定。与之相对的，在两种刺激同时作用的情况下，PEO和PDMAEMA链段的同时断裂使聚合物的两亲性消失，从而导致聚合物严重的聚集。此外， 在两种刺激不同的施加情况下，通过在胶束中装载疏水尼罗红的方式，结果显示染料的荧光在水中的淬灭与胶束被破坏的不同程度有关。