Plasmodium falciparum est responsable de la forme la plus grave de paludisme avec plus de 600 000 décès par an. L'absence de vaccin efficace, combinée à l'émergence de résistances aux traitements récurrents, exige le développement de nouvelles molécules. Afin de limiter ces résistances, il est nécessaire de cibler de nouvelles voies métaboliques indispensables à la survie du parasite. Ce travail de thèse repose sur l'étude de deux voies métaboliques essentielles au parasite que sont la voie de recyclage des bases puriques et la voie de biosynthèse des ancres glycosylphosphatidylinositol (GPI).En ce qui concerne la voie de recyclage des bases puriques, la détermination des structures cristallines de l' « IMP specific 5‘-nucleotidase » (PfISN1) associée aux études biochimiques et biophysiques (SAXS, EM, MALS…), a permis de préciser le mécanisme d'action fournissant ainsi une base solide pour la mise au point d'inhibiteurs. Une banque de plus 3000 composés a été criblée par Fluorimétrie à Balayage Différentiel et les effets des molécules sélectionnées seront évalués sur l'enzyme et sur la croissance du parasite en culture.Quatre cibles thérapeutiques potentielles appartenant à la voie de biosynthèse des ancres GPI ont été sélectionnées. L'utilisation de plusieurs systèmes d'expression disponibles au laboratoire (bactérie, levure, acellulaire en germe de blé) ou via des plateformes européennes pour l‘expression en cellules de mammifères HEK293T (Oxford), de cellules BHK21 transfectées avec le virus de la vaccine modifié, T7-MVA, (Strasbourg) ou la plateforme ESPRIT (Grenoble) ont permis de passer outre les difficultés rencontrées pour exprimer les protéines d'intérêt. L'une des quatre cibles, la mannose-1-phosphate guanylyltransférase (PfMPG), a pu être exprimée de manière suffisante quantitativement et qualitativement pour une caractérisation biochimique et structurale. Une analyse par SAXS et cristallographie aux rayons X a été réalisée / Plasmodium falciparum is responsible for the most severe form of malaria with more than 600,000 deaths per year. The lack of an effective vaccine, combined with the emergence of drug resistant parasites, necessitates the development of new drugs. In order to limit these resistances, it is necessary to target new metabolic pathways essential for parasite survival. This thesis work is based on the study of two metabolic pathways essential to the parasite, the purine salvage pathways and the glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor biosynthesis pathway.Concerning the purine salvage pathway, the determination of the crystal structures of the IMP -specific 5'-nucleotidase (PfISN1) associated with biochemical and biophysical studies (SAXS, EM, MALS, etc.) have allowed to propose a reaction mechanism, thereby providing a solid basis for the conception and development of inhibitors. A library of more than 3000 compounds was screened by Differential Scanning Fluorimetry and the selected molecules will be evaluated for their inhibitory effect on the enzyme and on the growth of parasites in culture.Four potential therapeutic targets belonging to the GPI anchor biosynthesis pathway were selected. The use of several in-house available expression systems (bacteria, yeast, and acellular wheat germ) as well as European platforms for the expression in HEK293T mammalian cells (Oxford), in BHK21 cells transfected with the modified vaccinia virus, T7-MVA, (Strasbourg) or the ESPRIT platform (Grenoble) has allowed us to overcome the difficulties encountered on obtaining the selected protein targets. One of the four targets has been expressed in sufficient amount and quality for biochemical- and structural characterization, namely the mannose-1-phosphate guanylyltransferase (PfMPG). SAXS and X-ray crystallography analyses have been carried out

La miniaturisation des pièces est une étape importante pour la progression de la microtechnologie dans plusieurs domaines (connectique, médical, optique, microsystèmes mécaniques). Pour cela, le moulage par microinjection, semble être la solution clé pour la production à grande échelle de micro-composants de polymères. Pour les polymères semi-cristallins, la cristallisation, sous fort taux de cisaillement et sous des vitesses de refroidissement élevées (about 100 K/s), induit des morphologies et des propriétés spécifiques. Elle prend donc une importance considérable dans le processus de microinjection par rapport au moulage par injection classique où les épaisseurs injectées sont généralement supérieures à 1 mm. Ces microstructures ont une grande influence sur les propriétés mécaniques du produit final. La prédiction de ces propriétés à partir de la description de la microstructure est un défi technique et scientifique. Durant cette thèse, deux polymères semi-cristallins ont été microinjectés, le polyéthylène haute densité et le polyamide 12. Les analyses obtenues par la microscopie otiques montrent que les morphologies cristallines varient entre les micro- et les macro-pièces. Tandis que la morphologie de ‘peau-cœur' est présente dans les macropièces, les micropièces présentent une morphologie plutôt particulière. Les analyses combinées de diffusion et de diffraction des rayons X (SAXS et WAXS) avec un microfaisceau synchrotron, nous ont permis de déterminer la microstructure induite par le processus de microinjection dans toute l'épaisseur des pièces. Nous avons constaté que la morphologie et les orientations cristallines induites sont très dépendantes des conditions d'injection ou de microinjection. Une diminution de l'épaisseur, de la vitesse et de la température du moule, augmente l'orientation cristalline en limitant la relaxation des chaînes de polymères. / The components miniaturization is an important step in the evolution of micro technology in several domain (connectivity, medical, optical, mechanical, microsystems). For this purpose, the micro-injection molding seems to be the key solution for the large-scale micro-polymer components production.The crystallization of the semi-crystalline polymers under high shear and cooling rates (about 100 K / s), induces specific properties and morphologies, consequently, it takes a substantial importance in the process of micro-injection compared to conventional injection molding where the usually injected thicknesses is over 1 mm. These micro-structures have a great influence on the mechanical propertie of the final product. The prediction of the final product's properties based on the illustration of the micro-structure is a technical and scientific challenge. In this thesis, two semi-crystalline polymers were micro-injected, the high density polyethylene and the polyamide 12. The obtained analyzes with the use of an optical microscope showed that the Morphology of Crystals vary between micro-and macro-pieces. While the morphology of 'peau-cœur' is present in the macro-pieces, the micro-parts have a particular morphology. The combined analysis of diffusion and X-ray diffraction (WAXS and SAXS) along with the synchrotron microbeam, has allowed us to determined the micro-structure induced by the micro-injection process throughout the thickness of the pieces.We have identified that the morphology and the induced crystal's orientation are very dependent on the conditions of injection or micro-injection. The decrease of the thickness,speed and temperature of the mold will increase the crystal orientation by limiting the relaxation of the polymer chains.

Les dispersions colloïdales de nanoparticules (NPs) sont très répandues dans l'industrie, et permettent d'éviter l'utilisation de NPs sèches, controversée pour des raisons de toxicité. Le contrôle des interactions entre les NPs et le milieu dispersant reste le point clé de ces systèmes. La modulation de ces interactions permet de contrôler l'état de dispersion des NPs dans les sols. De plus, les nanocomposites NPs-polymère se sont avérés prometteurs pour une large gamme d'applications, ainsi l'utilisation de sols pourrait présenter une voie avantageuse d'incorporation des NPs dans le polymère, tout en offrant la possibilité de contrôler leur état de dispersion, et in fine les propriétés du matériau, celles-ci étant liées à l'état de dispersion des NPs. L'objectif de ce travail de thèse est le développement de méthodes de modification de surface de NPs d'oxyde en dispersion colloïdale, tout en contrôlant la dispersion des NPs dans les sols et dans les nanocomposites issus de ces sols. Puis, l'évaluation de cet état de dispersion par SAXS. Deux méthodes de modification de surface ont ainsi été développées : la première implique le greffage d'acides phosphoniques sur des NPs de silice recouvertes d'alumine en dispersion dans l'eau, et la seconde met en jeu le greffage d'acides phosphoniques sur des NPs de TiO2 et leur transfert d'une phase aqueuse à une phase CHCl3. Les NPs modifiées ont été caractérisées par diverses méthodes. Leur état de dispersion a été étudié par DLS et SAS. De plus, pour les NPs de silice-amine, l'impact de la densité de greffage du C8PA sur la structure des NPs (à l'état sec) a été mis en évidence par SAXS et différents processus de relaxation ont été étudiés par BDS pour les NPs nues et modifiées. Enfin, ces NPs ont été incorporées dans un polymère de PEA par voie aqueuse via des latex et leur état de dispersion dans les composites a été mesuré par SANS. / Colloidal nanoparticles (NPs) dispersions are largely used in the industry, and avoid the use of dried NPs, which is controversial due to safety concerns. The key point in such systems remains the control of the interactions with the dispersed medium and between the NPs. Mastering these interactions allows controlling the NPs' state of dispersion. Moreover, as polymer-NPs nanocomposites have been found promising for a wide variety of applications, the use of colloidal sols could thus be an advantageous way of NPs' incorporation in the polymer, with a possible control of the NPs state of dispersion, and finally on the properties of the material, as they are linked to the NPs' dispersion. The purpose of this PhD work is to develop surface-functionalization methods of oxide NPs in colloidal sols in order to control the dispersion of NPs in the sols and in polymer nanocomposites derived from these sols, and to evaluate this dispersion using SAXS. Two surface modification methods have been developed to obtain aqueous or organic sols of functionalized NPs. The first one concerns the reaction in water of alumina-coated silica NPs with phosphonic acids (PAs), and the second one involves the simultaneous grafting and phase transfer of TiO2 NPs from an aqueous to a CHCl3 phase using PAs. The resulting NPs were characterized and their state of dispersion was monitored by DLS and SAS measurements. The impact of the C8PA grafting density on the structure of modified alumina-coated silica NPs in the dried state was evidenced by SAXS. The different relaxation processes of bare and grafted NPs were studied by BDS. These NPs were then incorporated in a PEA polymer by an aqueous latex route, and their structure in the nanocomposites was investigated by SANS.

Un grand défi actuel consiste à réaliser des capteurs innovants tirant partie des propriétés singulières de nanoparticules colloïdales synthétisées par voie chimique et assemblées de manière contrôlée sur des surfaces. L’objet de cette thèse est le développement de jauges de contrainte résistives à base de nanoparticules. Ces jauges de contrainte sont constituées de lignes parallèles, de quelques micromètres de large, denses, de nanoparticules colloïdales d’or synthétisées par voie chimique et assemblées sur des substrats souples par assemblage convectif contrôlé. Le principe de ces capteurs résistifs repose sur la conduction tunnel entre les nanoparticules qui varie de manière exponentielle lorsque que l’assemblée est déformée. Des mesures électro-mécaniques couplées à des observations en microscopie électronique à balayage et à force atomique ont permis d’identifier, de quantifier et de comprendre l’impact de la taille et de la nature des ligands des nanoparticules sur la sensibilité et les phénomènes de dérive de la résistance à vide des jauges de contrainte. Ces travaux, associés à des mesures de diffusion de rayons X aux petits angles ont permis de corréler les variations macroscopiques de résistance électrique des jauges de contrainte aux déplacements relatifs des nanoparticules. Finalement, ces jauges de contrainte ultra-sensibles et miniatures, mises en matrices, ont été exploitées pour réaliser des surfaces tactiles souples multi-points et sensibles à l’intensité de l’appui / One recent big challenge is to implement innovative sensors that take advantage of the unique properties of colloidal nanoparticles chemically synthesized and assembled on various surfaces. The goal of this work is the development of nanoparticle based resistive strain gauges. These strain gauges are constructed of few micrometers wide parallel wires of close packed colloidal gold nanoparticles, chemically synthesized, and assembled on flexible substrates by convective self assembly. The principle of these resistive sensors is based on the tunnel conduction between the adjacent nanoparticles which varies exponentially as the assembly is stretched. Electro-mechanical measurements coupled with scanning electron microscopy and atomic force microscopy observations were used to identify, quantify and understand the impact of the nanoparticle size and the nature of the protecting ligands, on the gauge sensitivity and the drift of the resistance at rest of the nanoparticle based strain gauges. Coupled with small angle x-ray scattering measurements, these studies allowed us to correlate the macroscopic changes in electrical resistance of the strain gauges to the relative displacement of the nanoparticles at the nanoscale. Finally, a matrix of these miniature ultra-sensitive gauges was used to construct flexible touch screen panels capable of measuring the intensity of several touches simultaneously

La matrice extracellulaire est un réseau tridimensionnel complexe qui joue le rôle de support aux cellules ainsi que de réservoir de molécules bioactives régulant le comportement cellulaire. Elle est composée de 1027 protéines chez l’Homme (Naba et al., Matrix Biol. 2016), 274 protéines constituant le matrisome et 753 associées (facteurs de croissance et protéines régulatrices de la matrice extracellulaire) et de 6 glycosaminoglycanes dont 5 sulfatés. La matrice extracellulaire est impliquée dans de nombreuses pathologies (Bonnans et al., Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014). La lysyl oxydase, responsable de la réticulation des collagènes et de l’élastine est impliquée dans de nombreux cancers. La matrice extracellulaire est un réservoir de fragments bioactifs, nommés matricryptines, qui sont libérés par protéolyse des biomolécules de la matrice et régulent de nombreux processus biologiques tels que l’angiogenèse et l’adipogenèse (Ricard-Blum et Vallet Matrix Biol. 2017). Nous avons exprimé en cellules humaines plusieurs matricryptines dont les ectodomaines des collagènes membranaires XIII, XVII, XXIII et XXV et identifié leurs partenaires extracellulaires. Nous avons caractérisé le propeptide de la lysyl oxydase par SEC-MALS, diffusion dynamique de la lumière et par SAXS et avons modélisé à partir des données de SAXS sa structure tridimensionnelle. Nous avons identifié 17 nouveaux partenaires de ce fragment et analysé le mutant Arg158Gln dépourvu d’activité biologique. Cette mutation identifiée chez l’Homme inhibe les activités anti-prolifératives du propeptide et est associée à un risque accru de cancer du sein (Min et al., Cancer Res. 2009). Nous avons exprimé la lysyl oxydase mature et modélisé sa structure tridimensionnelle en utilisant toutes les données disponibles. Les interactions identifiées au cours de ce travail ont été associées à celles obtenues par curation manuelle de la littérature pour construire la première version de l’interactome extracellulaire humain / The extracellular matrix is an intricate tridimensional network supporting cells and a bioactive molecule reservoir involved in the regulation of cell behavior. It is composed of 1027 proteins in humans (Naba et al., Matrix Biol. 2016), including 274 of the core matrisome and 753 associated proteins (growth factors and extracellular matrix regulators) and 6 glycosaminoglycans including 5 sulfated. The extracellular matrix is altered in numerous pathologies (Bonnans et al., Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014). The lysyl oxidase is responsible for the cross-linking of collagens and elastin and is involved in many cancers. The extracellular matrix is a reservoir of bioactive fragments named matricryptins which are released by proteolysis of extracellular matrix proteins and regulate numerous biological processes like angiogenesis and adipogenesis (Ricard-Blum et Vallet, Matrix Biol. 2017). We have expressed under a recombinant form in human cells some matricryptins including the ectodomains of the membrane collagens XIII, XVII, XXIII and XXV and have identified their extracellular partners. We have characterized the propeptide of lysyl oxidase by SEC-MALS, dynamic light scattering, and SAXS and have built a coarse-grained 3D model by SAXS-derived constraints. We have identified 17 new partners of this fragment and analyzed the mutant Arg158Gln which has no biological activity. This mutation has been identified in humans and inhibits the propeptide anti-proliferative properties. It is associated to an increased risk of breast cancer (Min et al., Cancer Res. 2009). We have expressed the mature lysyl oxidase and modelled its tridimensional structure using available data. All the interactions identified in this study were associated to manually curated interactions described in the literature to build the first version of the human extracellular interactions network

Les copolymères à blocs s’auto-assemblent selon diverses morphologies nanostructurées. La morphologie initiale, composée de domaines localement ordonnés mais aléatoirement orientés, peut être modifiée (transition ordre-ordre) ou orientée par l’application d’un stimulus externe contrôlé tel qu’un champ électrique, magnétique ou de force. Nos travaux s’attachent à étudier les changements de structures de copolymères à blocs de type ABA durant et après l’application d’un cisaillement simple contrôlé à l’état fondu. Les copolymères étudiés sont : des polystyrène-bloc-polyisoprène-bloc-polystyrène contenant 14 %, 17 % et 22 % de styrène et un copolymère acrylique. Les premiers présentent une morphologie initiale cylindrique hexagonale (HEX) et possèdent une transition ordre-ordre vers la morphologie sphérique cubique centré (BCC) dont la température augmente avec le ratio styrène/isoprène. Le copolymère acrylique présente une morphologie lamellaire. Plusieurs techniques expérimentales permettant un suivi in-situ ont permis d’étudier les modifications de morphologies ainsi que les cinétiques qui leurs sont associées : couplage entre microscope optique à lumière polarisée et une platine de cisaillement, rhéomètrie, couplage diffusion des rayons X et platine de cisaillement. Dans le cas d’une morphologie HEX, l’application d’un cisaillement oscillatoire à forte déformation (LAOS) peut engendrer une orientation des cylindres selon la direction du cisaillement avec le plan (100) de l’hexagone parallèle au plan de cisaillement. Les conditions thermomécaniques que sont la température, la déformation et la fréquence de sollicitation se sont révélées être des paramètres clefs quant à la qualité de l’orientation finale. Des plages de conditions optimales ont été identifiées. La cinétique de cette orientation est également dépendante de ces paramètres. Pour une température donnée, le temps de structuration décroit en suivant une loi puissance lorsque la déformation ou la fréquence augmentent. En revanche, l’augmentation de la température rallonge le temps de structuration. Une étude d’échantillons post-mortem ayant subi divers traitements thermomécaniques a permis d’appréhender de possibles mécanismes d’orientation des cylindres. La sollicitation de matériaux présentant la transition ordre-ordre à proximité de leur TOOT a mis en évidence une augmentation de celle-ci par l’application d’un cisaillement. En ce qui concerne la morphologie lamellaire, en fonction des conditions de sollicitations, l’orientation des lamelles est soit perpendiculaire à la direction de cisaillement, soit parallèle à celle-ci mais perpendiculaire au plan de cisaillement. / Block-copolymers self-assemble into different nanostructured morphologies. Initial morphology, with locally anisotropic ordered domains, can be modified (order-order transition) or oriented through application of an external stimulus such as electrical, magnetic or mechanical field. Our work attempts to study the structural changes of ABA block copolymers during and after the application of a controlled shear in the molten state. The studied copolymer are: polystyrene-block-polyisoprene-block-polystyrene containing 14 %, 17% and 22 % of styrene and an acrylic copolymer. The formers show a hexagonally packed cylinder (HEX) morphology and an order-order transition to a body centered cubic (BCC) morphology at a temperature depending on the styrene/isoprene ratio. The acrylic copolymer shows a lamellar morphology. Several experimental techniques for in-situ monitoring were used to study morphological changes and the associated kinetics: rheology, coupling of polarized light optical microscopy and a shearing hot-stage and coupling between X-ray scattering and the shearing hot-stage. For a HEX initial morphology, applying a controlled large amplitude oscillatory shear (LAOS) can create an orientation of the cylinders in the shear direction with the (100) plane of the hexagon parallel to the shear plane. The thermomechanical conditions of temperature, strain and stress frequency were the key parameters of the final orientation quality and their optimal ranges were identified. The orientation kinetics is also dependent on those parameters. At a fixed temperature, the structuring time decreases following a power law when strain or stress frequency increase. Conversely, increasing the temperature also increases the structuring time. Post-mortem samples with different themomechanical history were studied to understand the orientation mechanisms of the cylinders. An increase of the TOOT of the materials under shear has been shown by shearing samples near the TOOT of quiescent state. Two possible orientations were highlighted for the lamellar morphology according to strain and stress conditions: perpendicular to the shear direction or parallel to the shear direction but, in both cases, perpendicular to the shear plane.

Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Struktur von Materialien und ihrer Entwicklung unter in situ Bedingungen. Dabei werden nanoskopische Strukturmotive in amorphen, ungeordneten und porösen Festkörpern mit Hilfe von Kleinwinkelstreuungstechniken identifiziert und quantifiziert. Es werden drei verschiedene wissenschaftliche Fragestellungen bezüglich drei unterschiedlicher Materialsystemen diskutiert. Erstens wird die Nanostruktur von Dichtefluktuationen in hydriertem amorphen Silizium (a-Si:H) charakterisiert. In den untersuchten a-Si:H Materialien wurden zwei unterschiedliche in die a-Si:H-Matrix eingebettete Phasen identifiziert und anhand ihrer Streuquerschnitte quantifiziert. Diese neuen Ergebnisse beantworten eine seit 20 Jahren ungelöste Fragestellung über das a Si:H Material. Zweitens wird die Adsorption, Kondensation und Desorption von Xenon (Xe) in den Poren einer mesoporösen Silizium (Si) Membran untersucht. Dabei werden Xe-spezifischen Charakterisierungsmethoden eingesetzt. Die neuen Ergebnisse führen zu einem detaillierten Verständnis der Physisorption von Xe in porösem Silizium und zeigen deutliche Unterschiede zwischen Porenfüllungs- und Porenentleerungsmechanismen auf. Zuletzt wird die natürliche Alterung (NA) einer Aluminium-Magnesium-Silizium-Modelllegierung diskutiert. Die Streuexperimente weisen auf das Vorhandensein von Segregationszonen hin und unterstützen die Interpretation dieser Zonen als MgSi-Nanophasen in der Al-Matrix. / The investigation of material structures and their evolution under in situ conditions is the main focus of this work. Thereby, nanostructural motives in amorphous, disordered, and porous solids are identified and quantified using small-angle scattering techniques. Three different scientific questions concerning three different material systems are discussed. First, the nanostructure of density fluctuations in hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) is evaluated and quantified. Second, the adsorption, condensation, and desorption of xenon (Xe) confined in the pores of a mesoporous silicon (Si) membrane is studied in situ using Xe-specific characterization methods. Finally, the natural aging (NA) of an aluminum-magnesium-silicon model alloy (Al-0.6Mg-0.8Si) is discussed.

In structural biology, immense effort has been put into discovering functionally relevant atomic resolution protein structures. Still, most experimental, computational and machine learning-based methods alone struggle to capture all the functionally relevant states of many proteins without very involved and system-specific techniques. In this thesis, I propose a new broadly applicable method for determining an ensemble of functionally relevant protein structures. The method consists of (1) generating multiple protein structures from AlphaFold2 by stochastic subsampling of the multiple sequence alignment (MSA) depth, (2) screening these structures using small-angle X-ray scattering (SAXS) data and a structure validation scoring tool, (3) simulating the screened conformers using short molecular dynamics (MD) simulations and (4) refining the ensemble of simulated structures by reweighting it against SAXS data using a bayesian maximum entropy (BME) approach. I apply the method to the T-cell intracellular antigen-1 (TIA-1) protein and find that the generated ensemble is in good agreement with the SAXS data it is fitted to, in contrast to the original set of conformations from AF2. Additionally, the predicted radius of gyration is much more consistent with the experimental value than what is predicted from a 450 ns long MD simulation starting from a single structure. Finally, I cross-validate my findings against small-angle neutron scattering (SANS) data and find that the method-generated ensemble, although not in a perfect way, fits some of the SANS data much better than the ensemble from the long MD simulation. Since the method is fairly automatic, I argue that it could be used by non-experts in MD simulations and also in combination with more advanced methods for more accurate results. I also propose generalisations of the method by tuning it to different biological systems, by using other AI-based methods or a different type of experimental data. / Inom strukturbiologi har ett stort arbete lagts på att bestämma funktionellt relevanta proteinstrukturer på atomnivå. Dock så har de flesta experimentella, simuleringsbaserade och maskinlärningsbaserade metoderna svårigheter med att ensamma bestämma alla funktionellt relevanta strukturer utan väldigt involverade och system-specifika tekniker. I den här masteruppsatsen föreslår jag en ny allmänt applicerbar metod för att bestämma ensembler av funktionellt relevanta proteinstrukturer. Metoden består utav (1) generering av ett flertal proteinkonformationer från AlphaFold2 (AF2) genom att stokastiskt subsampla djupet för multisekvenslinjering, (2) välja ut en delmängd av dessa konformationer med hjälp av small angle X-ray scattering (SAXS) och ett strukturvalideringsverktyg, (3) simulera de utvlada konformationerna med hjälp av korta molekyldynamiksimuleringar (MD-simuleringar) och (4) förfina ensemblen av simulerade konformationer genom att vikta om dem utgående från SAXS-data med en Bayesian Maximum Entropy-metod. Jag applicerar min föreslagna metod på proteinet T-cell intracellular antigen-1 och finner att den genererade ensemblen har en god anpassning till den SAXS-profil den är anpassad till, till skillnad från ensemblen av konformationer direkt genererade av AF2. Dessutom är den förutspådda tröghetsradien mycket mer konsekvent med den experimentellt förutspådda radien än vad som förutspås utifrån en 450 ns lång MD-simulering utgående från en ensam struktur. Slutgiltigen korsvaliderar jag mina upptäckter mot data från small-angle neutron scattering (SANS) och finner att den metod-genererade ensemblen, om än inte på ett perfekt sätt, passar en del av SANS-datan mycket bättre än ensemblen från den långa MD simulationen. Då metoden är ganska automatisk så argumenterar jag för att den med fördel kan användas av icke-experter inom MD simuleringar och dessutom kombineras med mer avancerade metoder för ännu bättre resultat. Jag föreslår också generaliseringar av metoden genom att kunna anpassa den till olika biologiska system, genom att använda andra AI-baserade metoder eller att använda andra typer av experimentell data.

[pt] Cristais líquidos são formados em alta concentração de surfactantes e apresentam muitas propriedades interessantes como a auto-organização, alta capacidade de incorporação de substâncias hidrofóbicas, propriedades reológicas únicas, além de conservarem as propriedades úteis e versáteis dos surfactantes. Entretanto, devido sua alta viscosidade, são inviáveis para determinadas aplicações, como por sprays e por injeções, por exemplo. Portanto, o objetivo principal deste trabalho é dispersar e estabilizar os cristais líquidos sob a forma de partículas em meio aquoso, que sejam capazes de encapsular óleos e ou substâncias hidrofóbicas, mantendo. Para isso, diferentes sistemas foram preparados combinando surfactantes iônicos, álcoois graxos e surfactantes não-iônicos etoxilados, com diferentes comprimentos de cadeias. A adição de álcoois graxos a surfactantes iônicos já é comumente usada para garantir a formação de cristais líquidos de estrutura lamelar. E a adição de surfactantes etoxilados foi realizada como uma tentativa de promover a dispersão dos cristais líquidos na forma de partículas em água. Isso se daria graças às cadeias etoxiladas hidrofílicas que poderiam se estender em direção ao meio aquoso, garantindo uma alta estabilização. Para o planejamento otimizado destes sistemas, primeiramente foi realizado um estudo de caracterização das estruturas formadas entre os pares dos reagentes em água, que permitiu compreender o efeito das diferentes proporções entre eles. A partir disso, algumas composições foram selecionadas para o preparo e caracterização das dispersões de partículas líquido-cristalinas. Os resultados de espalhamento de raios X a baixos ângulos e microscopia óptica confirmaram a estrutura líquido-cristalina lamelar, forneceram informações sobre a morfologia e dimensões das partículas. Por fim, foram realizados testes que confirmaram a capacidade de incorporação de óleo mineral pelas partículas selecionadas. Estes sistemas possuem a vantagem de serem preparados com substâncias já amplamente utilizadas na indústria de cosméticos. Desta forma, se confirmado o potencial de aplicação para liberação controlada, poderiam ser facilmente direcionados para aplicações em escala industrial com matérias primas de fácil acesso, com bastante disponibilidade comercialmente e custos relativamente baixos. / [en] Liquid crystals are formed in high concentration of surfactants and present many interesting properties such as self-organization, high uptake capacity of hydrophobic substances, unique rheological properties, despite of keeping the useful and versatile properties of surfactants. However, due to their high viscosity, they are inadequate to certain applications, such as spraying or injections. Hence, the main objective of this work is dispersing and stabilizing liquid crystals in the shape of particles in aqueous medium, being capable of encapsulate oils and or hydrophobic substances. For this, different systems were prepared by combining ionic surfactants, fatty alcohols and ethoxylated non-ionic surfactants, with different chain lengths. The addition of fatty alcohols to ionic surfactants is commonly used to guarantee the formation of liquid crystals with lamellar structure. And the addition of ethoxylated surfactants was performed as an attempt to promote the dispersion of liquid crystal in the shape of particles in water. It should occur due to the hydrophilic chains of ethylene oxide, which could extend towards the aqueous medium, guaranteeing high stability. To optimize the design of the systems, first, a study was performed to characterize the structures formed by the pairs of reactants in water, allowing to comprehend the effect of different proportions between them. From that, some compositions were selected to the preparation and characterization of dispersions of liquid-crystalline particles. The results of Small Angle X-Ray Scattering and optical microscopy confirmed the lamellar liquid-crystalline structure and provided information about the morphology and dimensions of the particles. Finally, tests were performed to confirm the capacity of uptake mineral oil by the selected particles. These systems possess the advantage of being prepared with substances widely used in the cosmetics industry. Thus, if the potential application to controlled delivery is confirmed, they could easily be directed to applications in industrial scale with easily accessible raw materials, with plenty of commercial availability and relatively low costs.

Les Imogolites (OH)3Al2O3Si(OH) sont des minéraux naturels découverts en 1962 dans des sols volcaniques japonais qui présentent une structure analogue à celle des nanotubes de carbone. Leur synthèse, décrite depuis 1977, permet l'obtention de tubes bien calibrés et monodisperses. La récente mise en évidence de la possibilité de synthétiser des analogues au germanium en grande quantité en a fait un matériau de choix dans le cadre de mon sujet de thèse visant à préparer des matériaux mésoporeux à base de nanoparticules anisotropes. Lors de la caractérisation de ces imogolites par diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS) et microscopie électronique en transmission (MET) et à force atomique (AFM), nous avons montré que ces analogues d'Imogolite sont bien des nanotubes, mais qu'ils existent sous deux formes : des tubes à paroi unique mais également des tubes à paroi double jamais observés à ce jour. La concentration importante utilisée pour cette synthèse a également permis de mieux définir l'espèce précurseur de ces nanotubes appelée proto-imogolite et mal connue jusqu'ici. Après une identification du paramètre déterminant la formation de l'une ou l'autre des structures, nous avons étudié en détail le mécanisme et la cinétique de croissance de ces imogolites. Enfin, des premiers tests sur l'organisation de ces nanotubes en forte concentration ou au sein de microgouttes permettent d'observer leur tendance à s'organiser, propriété prometteuse pour le développement futur d'applications.