Les poly (3-hydroxyalcanoates) (PHAs) sont des polyesters aliphatiques produits et accumulés par des bactéries en tant que réserve de carbone et d'énergie. Ils sont constitués d'unités β-hydroxyesters et possèdent des chaînes latérales de longueur variable, pouvant être fonctionnalisées. Ils possèdent des propriétés de biodégradabilité et de biocompatibilité; ceci leur confère de vastes possibilités d'utilisation dans le domaine biomédical, notamment pour la mise au point de systèmes de libération contrôlée de principes actifs. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à la synthèse de copolymères amphiphiles de différentes architectures à base de PHAs, ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés d'auto-association en milieu aqueux. Une méthode simple et efficace permettant le greffage d'oligomères de poly (éthylène glycol) (PEG) a tout d'abord été mise au point grâce à l'utilisation de la chimie " click ". Une série de copolymères diblocs bien définis PHA-b-PEG a ainsi pu être synthétisée par cycloaddition de Huisgen catalysée par le cuivre (CuAAC). Les copolymères diblocs à base de PHAs à moyennes chaînes latérales (PHA-mcl) ont montré leur capacité à s'auto-associer en milieu aqueux et à former des micelles monodisperses présentant une concentration micellaire critique très faible. Par la suite des copolymères de type greffés PHOU-g-PEG ont été synthétisés par addition thiol-ène. Les analyses par cryo microscopie électronique à transmission (cryo-TEM) ont montré que dans ce cas les copolymères s'auto-associaient en structures vésiculaires, ou polymersomes. Enfin, la synthèse de copolymères amphiphiles greffés porteurs de chaînes perfluorées PHOU-g-(F;PEG) a permis l'obtention de structures auto-associées plus complexes. Le cryo-TEM a en effet révélé la formation de micelles multicompartimentées, c'est à dire possédant un coeur présentant une séparation de phase entre les domaines hydrophobes et les domaines fluorés. Des tests biologiques préliminaires ont montré la cytocompatibilité de ces micelles

Die vorliegende Arbeit stellt Ergebnisse von Monte-Carlo-Simulationen zur Adsorption und Selbstorganisation amphiphiler Moleküle an Feststoffoberflächen vor. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Moleküleigenschaften und thermodynamischen Bedingungen für die Bildung von adsorbierten Aggregaten. Im Rahmen eines coarse grainined-Gittermodells wird die Adsorption von Modelltensiden auf ebenen Oberflächen beschrieben. Es werden hydrophile, hydrophobe und chemisch heterogene Modelloberflächen berücksichtigt. Die Resultate der Simulationen stehen im Einklang mit experimentellen Untersuchungen und liefern Interpretationshilfen für die beobachteten Strukturen. Für den Einsatz von Tensidmischungen bei der Kalziumfluorit-Flotation konnte gezeigt werden, dass die Wirkung des Co-Sammler-Tensids auf einer Adsolubilisation im Adsorptionsfilm beruht.

In der vorliegenden Arbeit werden off-lattice Monte-Carlo-Simulationen von Systemen einfacher Tensidmodelle präsentiert. Die verwendeten Modellmoleküle bestehen aus einem hydrophilen Kopfsegment und zwei hydrophoben Kettensegmenten. Zwischen den Segmenten wurden square-well-Wechselwirkungen benutzt, um den Hydrophoben Effekt und andere Wechselwirkungen zu simulieren. Die Aggregation der Tensidmodelle wurde im Lösungsvolumen und an Feststoffoberflächen untersucht. In der Lösung wurden Kugelmicellen, Wurmmicellen, Bischichten und Vesikel beobachtet. Die Struktur der Aggregate wird bei der Adsorption an Feststoffoberflächen mit niedriger oder mittlerer Adsorptionsenergie nicht grundlegend verändert. An Oberflächen wurden in Abhängigkeit vom Verhältnis der Adsorptionsenergie zur Stärke des Hydrophoben Effektes verschiedene Strukturen der adsorbierten Schichten beobachtet. Eigenschaften der adsorbierten Aggregate wurden bei unterschiedlichen Oberflächenkonzentrationen ermittelt.

The aim of this work is to develop a new strategy for the prevention of biofilm growth. For this purpose, we prepared bioactive surfaces resulting from the surface-immobilization of nanoreactors self-assembled from amphiphilic poly(isobutylene)-block-oligonucleotide copolymers. The block copolymer was synthesized and characterized via appropriate complementary techniques. Self-assembly into vesicles allowed the functional encapsulation of enzymes, as assayed through enzyme activity monitoring, leading to a prodrug-drug system. The self-assembled structures were specifically immobilized on surfaces via base pairing between the oligonucleotide block of the copolymer and the surface tethered complementary nucleotide sequence. Using E.coli strains, we first observed an influence of the two density of oligonucleotides immobilized on the surface on the number of adherent bacteria. This influence may be due to an effect of surface charge density. We then confirmed the well-known role of curli in biofilm cohesion, and we showed gene over-expression associated with curli production on oligonucleotide-modified surfaces. We demonstrated that gene over-expression does not depend on the topographical features of the surface or on the composition of the nucleotide sequences used in this study. Finally, we demonstrated tha the presence of the vesicular structure is able to produce strong anti-adhesive properties of the surface. We assume, from observations of bacterial response in dynamic conditions, that this effect is due to increased bacterial motility on the surface, leading to a high detachment rate. Which is further confirms by a comparable bacterial response observed on agar hydrogel of different hardnesses. This result provides a preliminary outcome, paving the way to new approaches to antimicrobial strategies.

Notre équipe a récemment développé une méthode polyvalente permettant de préparer des dérivés complexes de C60 hexa-adduits fonctionnalisés. Cette méthodologie permet d'obtenir des produits aux caractéristiques originales. Le C60 central agit comme un support central peu réactif, autour duquel des fonctionnalités sont réparties dans un espace octaédrique parfaitement défini. La première partie de ce travail de thèse a consisté à exploiter cette méthodologie pour créer des C60 hexa-adduits polycationiques aux propriétés de transfection remarquables. Dans un second temps, les dendrons polyamines synthétisés ont été mis à profit pour créer des structures supramoléculaires de C60 hexa-adduits, sous forme micellaire. Par la suite, l'étude de ces assemblages a orienté nos investigations vers l'élaboration de dérivés de C60 hexa-adduits mannosylés multivalents résultant d'un assemblage supramoléculaire, dont leurs possibles applications biologiques sont actuellement à l'étude. En parallèle une synthèse covalente a permis d'obtenir un "équivalent dendritique" de C60 hexa-adduit multimannosylé. Partant du constat que notre méthodologie est efficace principalement pour des dérivés de C60 hexa-adduits qui ont une régio-sélectivité particulière, la dernière partie a été consacrée au développement de nouvelles voies de synthèses qui pourront permettre de créer des dérivés de C60 avec un contrôle régio-sélectif original.

Univ., Diss.--Münster, 2004.

Universiẗat, Diss., 2002--Stuttgart.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Berlin.

Trois architectures de copolymères (dibloc, tribloc et hétérogreffé) amphiphiles photo-stimulables à base de polyoxazoline et de groupements photo-sensibles de type coumarine sont étudiées dans ce travail. Ces copolymères s’auto-assemblent en milieu aqueux sous forme de nanoparticules de morphologies sphériques, ovales mais également de nanofibres hélicoïdales de plusieurs micromètres de longueur. Selon les cas, les morphologies sont induites par de la cristallisation des motifs coumarine entre eux ou bien des interactions polyoxazoline-coumarine. Par ailleurs, la photo-réponse des nanoparticules a été examinée après irradiation UV des groupements coumarine, capables de dimériser de manière réversible selon la longueur d’onde utilisée. Elle diffère selon l’architecture du copolymère qui constitue les nanoparticules et donne lieu à des phénomènes de (pré-)photo-dimérisation ou photo-réticulation du cœur de celles-ci avec des réversibilités sous UV variables et un maximum d'efficacité dans le cas des copolymères triblocs. La stabilité de ces auto-assemblages a également été examinée avant et après exposition UV. Dans tous les cas, l’irradiation des nanoparticules améliore leur stabilité en température et dans le temps avec un effet maximal dans le cas de la pré-photodimérisation (tribloc). Enfin, la réticulation et la cristallisation se sont révélées être des freins au piégeage de molécules hydrophobes, illustrées ici avec le Nile Red, alors que les copolymères diblocs se sont révélés être les systèmes les plus efficaces. En somme, les nanoparticules de copolymères triblocs présentent le meilleur compromis entre stabilité, efficacité UV et piégeage. / Three photo-responsive amphiphilic copolymer architectures (diblock, triblock and heterografted) based on polyoxazoline and coumarin photo-sensitive units are studied in this work. These copolymers self-assemble in water into spherical or ovalic nanoparticles and also supramicrometer helicoidal nanofibers. Depending on the macromolecular architectures, these morphologies are induced by crystallization of coumarin units or polyoxazoline-coumarin interactions. Moreover, the nanoparticle photo-response is examinated after the UV-exposure of coumarin units, that are able to reversibly dimerize according to the wavelength used. This photo-response varies with the copolymer structure and leads to (previous) photo-dimerization or photo-crosslinking phenomena. These latters present various photo-reversibility behaviors under UV and a maximal efficiency for triblock copolymers. The nanoparticle stability was additionally studied before and after UV-irradiation. In both cases, the nanoparticle stability is improved towards time and temperature with a maximal impact for the previous photo-dimerization (triblock). Finally, the crosslinking and the crystallization appear as brakes for the hydrophobic molecule entrapment, illustrated here by Nile Red, whereas diblock copolymers seem to be the most efficient systems. To conclude, previously photo-dimerized nanoparticles (triblock) are the best way combining stability, UV-efficiency and entrapment.

L’objectif de cette thèse était d'étudier les propriétés physico-chimiques de réseaux interpénétrés formés par auto-assemblage de copolymères à blocs amphiphiles stimulables. La première partie du travail a consisté à élaborer des hydrogels interpénétrés IPSAN (InterPenetrated Self-Assembled Network) à partir d’un simple mélange de copolymères triblocs associatifs. Ainsi, l’IPSAN correspond à une combinaison des deux réseaux polymères. Le premier réseau est formé par un copolymère tribloc à base de poly(oxyde d'éthylène) (tPOE) porteur de blocs hydrophobes polymérisables sous UV. Le deuxième réseau est constitué d’un copolyélectrolyte tribloc pH sensible à base de poly(acide acrylique) (TH50).L’influence des concentrations en copolymères et du pH sur la structure et les propriétés mécaniques des hydrogels IPSAN a été systématiquement étudiée. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l'influence de la formation d'un réseau transitoire sur la séparation de phases dans des mélanges de tPOE et de polymères linéaires en solution aqueuse. Cette étude a mis en évidence une augmentation de l'incompatibilité entre les deux polymères induite par l’association du copolymère tribloc. Ce système a permis l'élaboration d'hydrogels macroporeux photo-réticulables.Enfin, la diffusion de polymères linéaires et de particules solides micrométriques dans des réseaux de copolymères pH-sensibles a été étudiée par des techniques de recouvrement de fluorescence après photobleaching (FRAP) et de diffusion dynamique de la lumière. La formation du réseau transitoire ralentit le mouvement de traceurs linéaires de petite taille de la même manière que dans le cas d'hydrogels covalents. Le contrôle de la structure et de la dynamique du réseau par le pH est un levier puissant pour contrôler la diffusion dans ces hydrogels. / The objective of this thesis was to investigate the physical chemical properties of interpenetrating networks formed by self-association of responsive amphiphilic block copolymers. The first part of the work was to develop IPSAN hydrogels(InterPenetrated Self-Assembled Network) simply by mixing two triblock copolymers. Thus, the IPSAN corresponds to a combination of the two polymer networks. The first network is formed by a triblock copolymer based on poly(ethylene oxide) (tPEO) bearing UV-cross-linkable hydrophobic blocks. The second network consists of a pH-sensitive triblock polyelectrolyte based on poly(acrylic acid) (TH50). The influence of the concentration of the copolymers and of the pH on the structure and the mechanical properties of the IPSAN has been systematically studied. In the second part we investigated the influence ofthe formation of a transient network on the phase separation in mixtures of tPEO and linear polymers in aqueous solution. This study revealed an increase of the incompatibility between the two polymers induced by the association of the triblock copolymer. This system enabled the elaboration of photo-cross-linked macroporous hydrogels. Finally, the diffusion of linear polymers and solid particles in pH-sensitive networks was studied by fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)and dynamic light scattering. The formation of a transient network restricts the movement of small linear tracers in the same way as a covalent hydrogel would. The control of the structure and dynamics of the network by the pH is a powerful tool to control the diffusion in this hydrogels.