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Les lipides « switch » - bascules - appartiennent à la famille des matériaux sensibles à un stimulus. Quand ces lipides bascules sont incorporés aux nanoparticules lipidiques (LNP), ils permettent la délivrance contrôlée grâce à un changement de conformation activé par une baisse de pH. Des expériences précédentes avaient démontré que les LNP bascules ont transfecté le petits ARN interférents (siRNA) in vitro et in vivo, silençant la protéine fluorescente verte (GFP) et la protéine hépatique Facteur VII, respectivement. La double administration de micro ARN (miRNA) et d'agent anticancéreux melphalan a également été réalisée par les LNP bascule sur un modèle de rétinoblastome murin. Ces résultats prometteurs nous ont encouragé à élargir les applications de LNP bascules en tant que vecteur de siRNA. De plus, le mécanisme par lequel les LNP bascules induisent la déstabilisation de la membrane et la libération de matériaux encapsulé au milleu acide reste obscur. La compréhension de ce mécanisme est cruciale pour cerner les avantages et les limites des LNP bascules, pour proposer des futures applications et pour prévenir leur toxicité. Dans ce mémoire, nous avons comme objectif d’évaluer le potentiel des LNP bascules pour le traitement du cancer. Nous avons évalué les LNP bascules comme vecteur de livraison du siRNA ciblant l'une des protéines cancéreuses les plus spécifiques découvertes à ce jour, la survivine. En parallèle, nous avons étudié le comportement biophysique des membranes contenant des lipides bascules dans des vésicules de taille micromètrique. Dans la première étude, nous avons démontré que les LNP bascules ont permis le silençage de la survivine dans une gamme de lignées cellulaires cancéreuses (poumon, cervical, ovaire, sein, côlon, rétinoblastome). Dans les cellules du rétinoblastome humain (Y79), nous avons examiné plusieurs agents cytotoxiques utilisés en clinique quant à leur synergie avec le silençage de la survivine: melphalan, topotécan, téniposide et carboplatine. Le prétraitement avec les LNP chargées de siRNA-survivine a amélioré de manière synergique la cytotoxicité du carboplatine et du melphalan mais dans une moindre mesure celle du topotécan et du téniposide. Cet effet était spécifique aux cellules cancéreuses car les cellules saines (ARPE.19) n'exprimaient pas de survivine. L'inhibition de la survivine par silençage de siRNA s'est révélée plus spécifique et moins dommageable pour les cellules saines (ARPE.19) que le YM155, un inhibiteur moléculaire de la survivine. Dans la deuxième étude, nous avons observé par microscopie confocale que les lipides bascules induisaient rapidement le stress, la fission et une courbure positive dans les membranes des vésicules unilamellaires géantes lorsqu'elles étaient exposées à des conditions acides. La dynamique de la membrane a été confirmée par des expériences de diffusion dynamique de la lumière (DLS) et de fuite de calcéine. Ces phénomènes ont également été observés lorsque des lipides bascules ont été incorporés dans une membrane hybride polymère/lipide, fournissant des propriétés sensibles au pH aux vésicules hybrides. À notre connaissance, c'est la première fois qu'une vésicule hybride sensible au pH est reportée. Nos résultats corroborent l'applicabilité des LNP bascules en tant qu'agents de vectorisation des siRNA pour le traitement du cancer grâce au silençage de la survivine, en particulier comme adjuvant à la chimiothérapie. L'investigation biophysique a révélé que les lipides bascules agissent sur la fluidité de la membrane, en particulier à pH acide. Cette sélectivité en pH garantit leur biocompatibilité à pH neutre ainsi que la libération efficace et rapide de leur cargo à pH acide. La compatibilité avec les vésicules hybrides polymère/lipide ouvre de nouvelles applications au niveau de vésicules biomimétiques et l'administration de médicaments. / Cationic switchable lipids belong to the class of stimuli-responsive materials. When incorporated in lipid nanoparticles (LNP), switchable LNP promote pH-triggered delivery of payload based on a molecular switch mechanism. Previous studies have demonstrated that switchable LNP successfully delivered small interferring RNA (siRNA) in vitro and in vivo, promoting the silencing of a reporter Green Fluorescencen Protein (GFP) protein and liver-produced factor VII, respectively. Dual delivery of micro RNA (miRNA) and anticancer agent melphalan was also achieved through switchable LNP in a retinoblastoma rat model. These promising results encouraged us to enlarge the applications of switchable LNP as siRNA carrier. Moreover, the mechanism whereby switchable LNP mediate acid-triggered membrane destabilization and, thus, payload release remains elusive. Understanding this mechanism is crucial to draw the advantages and limitations of switchable LNP, and to tailor their future applications and prevent their potential toxicity. In this dissertation, we aimed to further understand the potential of switchable LNP for cancer treatment. We assessed switchable LNP as a siRNA delivery carrier by targeting one of the most specific cancer protein discovered to date, survivin. Meanwhile, we investigated the biophysical behavior of switchable-lipid containing membranes in micron-sized vesicles. In the first study, we demonstrated that switchable LNP efficiently silenced survivin in a range of cancer cell line models (lung, cervical, ovary, breast, colon, retinoblastoma). In retinoblastoma (RB) cells (Y79), several clinically used cytotoxic agents were screened for their synergy with survivin silencing: melphalan, topotecan, Teniposide, and carboplatin. Pretreatment with LNP loaded with siRNA targeted against survivin synergistically enhanced the cytotoxicity of carboplatin and melphalan but in lesser extent topotecan and teniposide. This effect was specific to cancer cells since healthy cells (ARPE.19) did not express survivin. Survivin inhibition through siRNA silencing revealed more specific and less damageable for healthy cells (ARPE.19) than a molecular approach, such as YM155. In the second study, we observed by confocal microscopy that switchable lipids rapidly induced stress, fission, and positive curvature in giant unilamellar vesicles’ membranes when submitted to acidic conditions. The membrane dynamics was confirmed by dynamic light scattering and calcein leakage experiments. Remarkably, these phenomena were also observed when switchable lipids were embedded into a hybrid polymer/lipid membrane, providing pH-sensitive properties to hybrid vesicles. To the best of our knowledge, this is the first time a pH-sensitive hybrid vesicle is reported. Our findings corroborate with the applicability of switchable LNP as siRNA delivery agents for cancer treatment through survivin silencing, especially as an adjuvant to chemotherapy. The biophysical investigation revealed that the switchable lipids act on the membrane fluidity, specifically at acidic pH. This pH selectivity guarantees their biocompatibility at neutral pH as well as its efficient and quick release of their cargo at acidic pH. Their compatibility with hybrid polymer/lipid vesicles opens new applications in biomimetic vesicles and drug delivery.

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Source de carbone la plus abondante du règne végétal et non concurrentielle de la chaîne alimentaire, la cellulose est une alternative aux ressources fossiles crédible pour le développement de nouveaux matériaux polymères. Néanmoins, à ce jour, les nombreux travaux décrits dans la littérature et visant la valorisation et la modification chimique de ce biopolymère fascinant ne répondent pas suffisamment, ou tout au moins que très partiellement, aux critères de durabilité. Pour répondre à ces critères de développement durable, le caractère renouvelable de la cellulose et les concepts de procédés propres et de chimie ‘verte’, doivent être réellement pris en compte. Ceci implique un choix réfléchi des solvants et réactifs utilisés, une maîtrise des procédés de modification chimique et bien évidemment une évaluation de la pertinence des produits formés, pour lesquels les propriétés obtenues doivent être innovantes et supérieures aux matériaux polymères existants. Cette thèse se divise en trois parties principales, à savoir la solubilisation, la régénération et la modification chimique de la cellulose. Tout au long de ce travail, une attention particulière a été portée sur la durabilité de sa transformation chimique pour viser l’élaboration de matériaux cellulosiques processables et aux propriétés innovantes. Dans la première partie de la thèse, un système composé d’un catalyseur organique nucléophile (DBU) et de CO2 a permis la dissolution rapide de la cellulose dans le DMSO. Une étude détaillée visant à optimiser le système DMSO-DBU-CO2 a été réalisée grâce à un suivi par spectroscopie infrarouge in situ. Ainsi, jusqu'à 8 % massique de cellulose ont pu être dissous en 15 minutes à 30 °C sous une faible pression de CO2 (2-5 bars). L’originalité de ce système commutable (fixation-relargage réversible du CO2), par comparaison aux autres solvants classiques de la cellulose, inclut une recyclabilité plus facile par simple dépressurisation du CO2 et une solubilisation rapide et douce, à plus bas coût, en comparaison aux systèmes utilisant les liquides ioniques. La mise en évidence de la création de fonctions carbonate par réaction avec différents composés électrophiles tels les halogénures d’alkyle a permis d’avoir une connaissance approfondie de ce système. L'optimisation réussie d'un système ‘propre’ permettant la dissolution de la cellulose nous a conduit à étudier sa régénération. Dans cet objectif, des aérogels de cellulose ont été préparés par un procédé de solubilisation, coagulation et lyophilisation. Différents paramètres ont été examinés tels la concentration en cellulose, le solvant de coagulation ou encore la nature et concentration en super-base (DBU-CO2), sur les propriétés des aérogels (densité, morphologie, taille des pores). Les résultats obtenus démontrent que des aérogels avec une densité entre 0.05 et 1,2 g/cm3, des porosités entre 92 et 97 % et des tailles de pore entre 1,1 et 4,5 μm ont été obtenus. Enfin, l’analyse des aérogels par microscopie électronique à balayage (SEM), a révélé la formation de réseaux de cellulose interconnectés et macroporeux. La modification chimique de la cellulose pour l’élaboration de matériaux processables aux propriétés innovantes fait l’objet de la troisième partie de la thèse. Cette partie est divisée en deux sous-parties: la dérivatisation de la cellulose par réaction de transestérification d’une part, et par réaction multi-composants, d’autre part. Dans la première sous-partie et gardant à l'esprit les principes de la chimie verte, la nature unique du système commutable DBU-CO2 amenant un changement d’hydrophilie du squelette cellulosique a permis l’utilisation directe de l’huile de tournesol pour la transestérification de la cellulose. [...] / As the most abundant source of carbon in our planet, without any competition with food or feed supplies, cellulose is a viable alternative to replace the widely used and unsustainable fossil-based polymers. However, the majority of researchers working on this fascinating biopolymer fail to incorporate sustainability considerations during cellulose chemical transformation to make materials. The consequence is a shift of the “environmental burden” to other stages of the process cycle. Therefore, to ensure sustainability, both the renewability feature of cellulose as well as sustainability considerations concerning its transformation processes are necessary. This implies to consider the solvent, the reactants, the derivatization process and the wastes produced as well as an evaluation of the suitability of the resultant products, for which relevant properties have to be obtained to compete with existing alternatives. This thesis is therefore divided into three main parts (solubilization, regeneration and derivatization of cellulose), and addresses the various concerns of sustainability during cellulose transformation with an end-goal of making processable materials.In the first part of the thesis, a sustainable solvent system for cellulose was investigated. In this regard, a detailed optimization study of the DBU-CO2 switchable solvent system was performed using in-situ infrared spectroscopy. Upon optimization, up to 8 wt.% cellulose could be dissolve within 15 min at 30 °C using low CO2 pressure (2-5 bar). What makes this solvent system sustainable, when compared to other classical cellulose solvents, includes: easier recyclability by simple release of the CO2 pressure, fast and mild solubilization and lower cost compared to ionic liquids. Finally, by successfully trapping the formed in-situ cellulose carbonate using an electrophile, a clearer understanding of this solvent system was established.The successful optimization of a sustainable solvent system for cellulose led to the second part of the thesis: the regeneration of cellulose. Here, the general solubilization and coagulation ways followed by freeze-drying was adopted to prepare cellulose aerogels. Various processing conditions such as cellulose concentration, coagulating solvent and super base, were investigated on their effect of the aerogels properties (density, morphology, pore size). The obtained results showed aerogels with densities between 0.05 and 1.2 g/cm3, porosities between 92 and 97 % and pore sizes between 1.1 and 4.5 μm. In addition, from scanning electron microscopy (SEM), open large macroporous inter-connected cellulose networks were observed.The derivatization of cellulose to make thermally processable materials is covered in the third part of the thesis. This part is divided into two sub-parts; transesterification and multicomponent reaction modification. [...] / Als Kohlenstoffquelle mit der größten Verfügbarkeit auf unserem Planeten, ohne Konkurrenz zur Lebens- und Futtermittelversorgung, stellt Cellulose eine interessante Alternative dar, um die vielfältig genutzten, nicht-nachhaltigen Polymere auf Erdölbasis zu ersetzen. Die Mehrheit der Forscher, die mit diesem faszinierenden Biopolymer arbeiten, vernachlässigt allerdings Überlegungen zur Nachhaltigkeit in die chemische Modifizierung von Cellulose bei der Herstellung von Materialien zu integrieren. Die Konsequenz dessen ist eine Verlagerung der Umweltbelastung auf andere Abschnitte des Prozess-Zyklus. Um Nachhaltigkeit sicherzustellen, sind deshalb sowohl der erneuerbare Aspekt von Cellulose als auch Überlegungen zur Nachhaltigkeit im Reaktionsprozess wichtig. Dies beinhaltet die Berücksichtigung des Lösungsmittels, die Reaktanden, des Derivatisierungsprozesses, die produzierten Abfälle sowie eine Beurteilung der Nachhaltigkeit der resultierenden Produkte, die relevante Eigenschaften aufweisen müssen um mit bestehenden Alternativen konkurrieren zu können. Diese Arbeit ist deshalb in drei Teile gegliedert (Löslichkeit, Rückgewinnung und Derivatisierung von Cellulose) und befasst sich mit den verschiedenen Aspekten der Nachhaltigkeit während der Umsetzung von Cellulose mit dem Ziel, verarbeitbare Materialien herzustellen.Im ersten Teil der Arbeit wurde ein nachhaltiges Lösungsmittelsystem für Cellulose untersucht. In diesem Zusammenhang wurde eine detaillierte Optimierungsstudie des DBU-CO2 schaltbaren Lösungsmittelsystems mittels in-situ Infrarot Spektroskopie durchgeführt. Nach der Optimierung konnten bis zu 8 Gew.-% Cellulose innerhalb von 15 min. bei 30°C und einem niedrigen CO2-Druck (2-5 bar) gelöst werden. Verglichen mit klassischen Lösungsmitteln für Cellulose weist dieses Lösungsmittelsystem verschiedene nachhaltige Aspekte auf: Einfaches Recycling durch entfernen des CO2-Drucks, schnelles und mildes Auflösen und geringere Kosten als ionische Flüssigkeiten. Durch erfolgreiches Abfangen des in-situ gebildeten Cellulose-Carbonats mit einem Elektrophil, konnte schließlich ein besseres Verständnis dieses Lösungsmittelsystems erreicht werden. Die erfolgreiche Optimierung eines Lösungsmittelsystems für Cellulose führte zum zweiten Teil der Arbeit: der Regenerierung von Cellulose. Hier wurde der bereits mit anderen Systemen beschriebene Weg von Lösen und Ausfällen, gefolgt von Gefriertrocknen übernommen, um Cellulose-Aerogele herzustellen. Verschiedene Bedingungen bei der Verarbeitung wie die Cellulose-Konzentration, Lösungsmittel zum Ausfällen und die Superbase und deren Effekt auf die Eigenschaften der Aerogele (Dichte, Morphologie und Porengröße) wurden untersucht. So wurden Aerogele mit einer Dichte von 0.05-1.20 g/cm3, Porositäten zwischen 92 und 97% und Porengrößen zwischen 1.1 und 4.5 μm erhalten. Zusätzlich wurden im Rasterelektronenmikroskop offene große und makroporöse, miteinander verbundene Cellulose-Netzwerke beobachtet. [...]

Die vorliegende Arbeit beschreibt das Verhalten von Polypeptid-Blockcopolymeren in der festen Phase und in selektiven Lösungsmitteln. Blockcopolymere auf Basis von Poly(L-glutaminsäure-5-benzylester) (PBLGlu) oder Poly(Nε-benzoyloxycarbonyl-L-lysin) (PZLLys), die in dieser Arbeit eingesetzt wurden, besitzen wegen ihrer helikalen Sekundärstruktur eine sog. Stäbchen-Knäuel-Geometrie, wobei die Knäuelkomponente Polystyrol oder Polybutadien ist. Die Phasenbildung dieser Blockcopolymere ist durch die Packungseigenschaften des rigiden Blocks beeinflusst. Es wurden bevorzugt lamellare Strukturen gebildet, in denen die Stäbchen parallel angeordnet sind. Das Vorhandensein eines permanenten Dipolmomentes führt zur Wechselwirkung zwischen den Helices und zur Erhöhung des Ordnungsgrades in der Phase. Ein zusätzlicher Parameter, der die Morphologie der Phase beeinflußt, ist die Chiralität der Peptidhelix, durch die chirale Überstrukturen induziert werden. In dünnen Filmen (40 nm), wo die Geometrie begrenzt ist, führt es zu Frustrationen in der Phase. Die dadurch entstandene Spannung wurde durch einen zick-zack-artigen Lamellenverlauf abgebaut. In selektiven Lösungsmitteln für die synthetische Komponente (PS) bilden die Polypeptid-Blockcopolymere vesikuläre Strukturen, deren kugel- oder wurmförmige Geometrie von der Elastizität der Membran abhängig ist. Durch Entfernung der Z-Schutzgruppe kann PZLLys in eine wasserlösliche Form überführt werden, so dass die PB-PLLys Blockcopolymere unter Bildung von Vesikeln in Wasser löslich sind. Dabei ist die Konformation des Peptids vom pH-Wert des Mediums abhängig und kann von einem Knäuel zu einer Helix reversibel geschaltet werden. Beim Modifizieren der Sekundärstruktur wurde eine Änderung der Aggregationszahl beobachtet. Somit können diese Blockcopolymere für die Herstellung von schaltbaren Aggregaten eingesetzt werden. / The presented work describes the behaviour of polypeptide-blockcopolymers in the solid-state and well as in selective solvents. Blockcopolymers consisting of PBLGlu or PZLLys / which have been utilized in this work, possess, because of their helical structure, a so-called Rod-Coil Geometry, where the coil component consists of polystyrene or polybutadiene. The phase morphology of these block copolymers is dominated by the packing properties of the rigid blocks. Most commonly, lamellar structures were formed, where the rods were ordered in a parallel fashion. The presence of a permanent dipole moment leads to an interaction between the helices and to an increase in the degree of order within the phase. An additional parameter that influences the phase morphology is the chirality of the peptide helix, which induces the formation of chiral superstructures. In thin films (40 nm), where the geometry is limited, a disordering within the phase is observed. The resulting tension leads to the formation of a zig-zag lamellar pattern. In selective solvents of the synthetic component (PS) of the blockcopolymer, formation of vesicular structures are observed, with spherical or worm-like geometry, depending on the elasticity of the membrane. Through removal of the z-protective groups, PZLLys becomes soluble in water, through the formation of PB-PLLys blockcopolymer vesicles. The conformation of the peptide is dependent on the pH value of the medium and can be reversibly changed from a coil to a helix structure. Through modification of the secondary structure, a change in the aggregation number is observed. Thereby, these blockcopolymers may find application in the fabrication of switchable aggregates.

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Ce travail s’inscrit dans le domaine des cages moléculaires, édifices dont la géométrie définit unecavité tridimensionnelle capable de contenir d’autres entités.L’objectif de cette thèse est la synthèse de cages moléculaires covalentes possédant despropriétés d’encapsulation et une taille modulables. Les cages synthétisées avec succèsincorporent des porphyrines de zinc ou bases libres, ainsi que huit ligands triazoles périphériques.Des molécules ont pu être encapsulées par coordination aux porphyrines ou par interactions π, cequi démontre la capacité de la cage à s’adapter à l’invité grâce à sa flexibilité. La coordinationd’ions argent(I) permet de passer d’une conformation aplatie à une conformation ouverte. Lecaractère commutable de la cage a été démontré par décoordination de ces ions. Enfin, lacoordination d’ions argent(I) aux ligands de la cage augmente la stabilité de deux ligandsditopiques, le DABCO et la pipérazine, au sein de la cavité. Elle permet aussi l’accès de la cavité àdes molécules non encapsulées en l’absence d’argent(I). Ces résultats démontrent le contrôleallostérique de l’encapsulation de molécules par un stimulus chimique. / This work belongs to the field of molecular cages, hollow structures enclosing a three-dimensionalcavity able to encapsulate other molecules.The goal of this thesis include the synthesis of molecular covalent cages with a controllablecavity size able to perform switchable guest encapsulation. A DABCO-templated click reactionafforded three flexible covalent cages, endowed with two zinc(II) or free-base porphyrins and eightperipheral triazole ligands. Various guest molecules could be encapsulated by coordination toporphyrins or π-π interactions, in an induced-fit mechanism, probing the ability of the cage to adaptto the guest thanks to its flexibility. Coordination of silver(I) ions to the peripheral triazoles allow toswitch from a flattened to an open and locked conformation. Removal of the ions proved thecommutability of the cage. Finally, coordination of silver(I) ions to triazole ligands increase thestability of two ditopic ligands, DABCO and piperazine, inside the cavity. It also allowed the accessto the cavity of molecules that were not otherwise encapsulated. These results shows the allostericcontrol of guest encapsulation by a chemical stimulus.

Un niveau important d’isolation des parois de bâtiments peut diminuer le refroidissement du bâtiment en été, quand les conditions extérieures sont favorables. Dans cette thèse, le concept d’isolations commutable, est développé : pendant les périodes de refroidissement, l’isolation commutable peut être désactivée pour refroidir la masse du bâtiment pendant la nuit. Pendant les périodes de chauffage, ce concept peut être utilisé pour utiliser les gains solaires. Dans cette thèse, le potentiel des isolations commutables est étudié pour des bureaux dans un climat continental européen. En outre, deux nouveaux concepts d'isolations commutables sont introduits et développés et caractérisés expérimentalement. Un modèle nodal détaillé a été mis en place, validé et utilisé pour conduire une étude paramétrique. Le potentiel des isolations commutables a été étudié à l’aide de simulations énergétiques dynamiques du bâtiment qui ont montré que des réductions importantes des besoins de chauffage et de refroidissement ainsi que des heures d'inconfort en été peuvent être atteintes. Plusieurs stratégies de contrôle ont été mises au point, introduites et comparées. L'influence de la masse thermique a également été étudiée, ainsi que l'influence de l'orientation ou du cadre des éléments. / Important thermal insulation levels can prevent the building to cool down during the cooling period, when the external conditions are favorable. In this thesis, the concept of switchable insulation is developed: during the cooling period, the insulation can be deactivated during the night to let the heat flow out. During the heating period, the switchable insulation can be deactivated whenever solar gains can be used. In this thesis the potential of switchable insulation for an European continental climate and for office buildings is investigated. Also, two new concepts of switchable insulation are introduced, developed and characterized experimentally. A detailed thermal model has been introduced, validated and used for a parametric analysis. The potential of switchable insulation is investigated on a building level, showing that important reductions of the heating and cooling load as well as summer discomfort hours can be achieved. Several control strategies have been developed, introduced and compared. The influence of thermal mass was also investigated, as well as the influence of the orientation or the elements’ frame.

<p dir="ltr">Rapid evolution in wireless technology and the increasing demand for high bandwidth communication for 5G/6G and the Internet of Things (IoT) have necessitated a growing number of components in radio front-end modules in an increasingly overcrowded radio frequency (RF) spectrum. Low-cost ad-hoc radios have drawn consumer interest, enabling new devices like microelectromechanical (MEMS) resonators for on-chip clocking, frequency-selective filters, RF signal processing, and spectral sensing for their small footprint and low power consumption. Gallium nitride (GaN) is an attractive electromechanical material due to its high coupling coefficient, acoustic velocity, and low viscoelastic losses. These benefits enable high-Q MEMS resonators in GaN monolithic microwave integrated circuits (MMICs) with scaling capability up to mm-wave frequencies, making this technology platform a contender for high-performance programmable radios in RF/mm-wave, sensors for harsh environments, and information processing in quantum systems.</p><p dir="ltr">The bias-dependent control mechanism of the 2D electron gas (2DEG) in GaN heterostructures can be exploited to design different switchable and tunable devices for reconfigurable MEMS components. This work presents, for the first time, a comprehensive study of the electromechanical performances of different transduction mechanisms in switchable GaN MEMS resonators. A unique OFF-state shunt design, where the 2DEG in an AlN/GaN heterostructure is utilized to control electromechanical transduction in Lamb mode resonators, is also experimentally demonstrated in this work. To make a valid comparison among switchable transducers, equivalent circuit models are developed to extract key parameters from the measurements by fitting them in both ON and OFF states. The switchable transducer with Ohmic interdigitated transducers (IDTs) and Schottky control gate shows superior performance among the designs under consideration with complete suppression of the mechanical mode in the OFF state and a maximum frequency-quality factor product of 5x10¹²s^-1 and a figure-of-merit of 5.18 at 1GHz in the ON state.</p><p dir="ltr">Over the past few years, there have been numerous efforts to scale the frequencies of MEMS devices in the GaN platform towards mm-wave frequencies. However, challenges remain due to the multi-layer thick buffer, typical in the growth of GaN epilayer on a substrate. This work presents the investigation of SweGaN QuanFINEbuffer-free and ultrathin GaN-on-SiC for the performance of surface acoustic wave (SAW) devices beyond 10GHz. Finite element analysis (FEA) is performed to find the range of frequencies for the Sezawa mode in the structure. Transmission lines and resonators are designed, fabricated, and characterized. Modified Mason circuit models are developed for each class of devices to extract critical performance metrics and benchmark with the state-of-the-art and theoretical limits for GaN. Sezawa modes are observed at frequencies up to 14.3GHz, achieving a record high in GaN MEMS to the best of our knowledge. A maximum piezoelectric coupling of 0.61% and frequency-quality factor product of 6x10¹²s^-1 are achieved for Sezawa resonators at 11GHz, with a minimum propagation loss of 0.26dB/λ for the two-port devices. The devices also exhibit high linearity with input third-order intercept points (IIP3) of 65dBm at 9GHz.</p><p dir="ltr">This work also investigates tunable acoustoelectric (AE) devices in the QuanFINE platform, leveraging its inherent 2DEG in the AlGaN/GaN heterostructure. Using 9.7GHz Sezawa mode acoustic delay lines, we report the highest frequency of AE in GaN to date. Active and passive AE devices are designed for voltage-dependent non-reciprocity and propagation loss without modification to the standard process for the High Electron Mobility Transistors (HEMTs) in MMICs. Drain/source Ohmic contacts control the drift velocity of the 2DEG, and the Schottky gate modulates 2DEG carrier concentration, resulting in a 30dB/cm separation between forward and reverse acoustic waves for a 2.56kV/cm lateral DC electric field and a maximum change in propagation loss of 50dB/cm for -5V DC at the control gate, respectively. The QuanFINEtechnology with AlGaN/GaN heterostructure enables a platform for switchable MEMS resonators and tunable acoustoelectric devices in MMICs for reconfigurable front end approaching mm-wave frequencies.</p>

Die moderne Tumormedizin hat das Ziel die deregulierte Wachstumskontrolle und die Überlebensstrategien maligner Tumoren zu überwinden. Mittels computerbasierter Methoden sollten hierzu in dieser Arbeit neue apoptoseinduzierende Substanzen gefunden und deren Wirksamkeit in späteren in vitro Experimenten überprüft werden. In drei Modellprojekten konnten neue Substanzen identifiziert werden, die Apoptose in Tumorzellen induzieren. Im ersten Projekt wurden Inhibitoren der an das COP9 Signalosom (CSN-) assoziierten Kinasen CK2 und PKD mittels der Leitstrukturen Curcumin und Emodin gefunden. Im zweiten Projekt wurde der Naturstoff Betulinsäure (betulinic acid, BA) bezüglich seines Wirkmechanismus untersucht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die BA-induzierte Apoptose weitestgehend unabhängig von den pro- und anti-apoptotischen Proteinen der Bcl-2-Familie, aber in Abhängigkeit von aktiven Caspasen, ausgelöst wird. Durch ein in silico Screening und die Verwendung eines neuen Eigenschaftsfilters konnten neuen BA-Analoga identifiziert werden. Zur Bewertung der Ergebnisse des in silico Screenings wurden Daten des National Cancer Institutes (NCI) verwendet. Im dritten Projekt wurden mittels in silico Screening, Docking-Experimenten und in vitro Screenings zwei neue Bcl-2-Inhibitoren identifiziert, die derzeit in funktionellen Experimenten getestet werden. Durch den Einbau eines niedermolekularen, photoschaltbaren Moleküls an die Aminosäuren-Seitenketten des alpha-helikalen Peptides aus der BH3-Domäne von Bid konnte eine gezielte Aktivierung und damit auch eine gezielte Apoptoseinduktion in Tumorzellen ausgelöst werden. Die Methode des in silico Screenings hat gezeigt, dass die Zeit und Kosten für die Suche nach Wirkstoffen reduziert werden können. Die gefundenen Treffer können als neue Leitstrukturen für weitere in silico Screenings ihre Verwendung finden oder mit Hilfe von Optimierungsprozessen in weitere Stufen der Entwicklung eintreten. / Nowadays, cancer research is focused on the overcoming of survival strategies of malign tumors. In the present work, computer-based methods lead to the identification of novel apoptosis inducing molecules, whose potency should be validated in in vitro experiments. Novel compounds, which induce apoptosis in cancer cells, could be identified on the basis of three projects. Inhibitors for the COP9 signalosome (CSN) associated kinases CK2 and PKD could be discovered using curcumin and emodin as lead compounds. Investigations concerning the mechanism-of-action of betulinic acid (BA) should give information about the function of the Bcl-2 protein family in the BA induced cell death. The experiments, which are focused on the mitochondrial signalling pathway, revealed that BA induces apoptosis in an almost independent manner with regards to the pro- and anti-apoptotic Bcl-2 proteins, but dependent on the presence of activated caspases. Via an in silico screening and the utilisation of a new property filter, novel BA analogues could be identified. For the first time, the data of the National Cancer Institute (NCI) is employed to evaluate results from the in silico screening. In the third project two novel Bcl-2 inhibitors have been identified via in silico screenings, docking experiments and in vitro screenings, which are performed at the moment. The insertion of a photo-switchable compound to the amino acid side chain of an alpha-helical peptide from the pro-apoptotic protein Bid triggered the effect of a modulator, which results in a controllable activation and initiation of apoptosis in tumor cells. In silico screenings as a reliable method corroborated that a systematical evaluation of the virtual hits could decrease the time and costs of experimental testings. The identified hits could serve as novel lead compounds for further in silico screenings or enter the next steps in the development of novel drugs using optimisation methods.