Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le polypyrrole (PPy), l'un des polymères conducteurs de type p, a démontré un potentiel considérable dans les applications biomédicales et le stockage d'énergie en raison de sa conductivité électrique intrinsèque, sa facilité de synthèse, son potentiel de modification chimique et sa biocompatibilité. En raison de la conjugaison étendue dans ses chaînes moléculaires et de son état d'agrégation, les mauvaises propriétés mécaniques et le manque de processabilité du PPy ont été des défis scientifiques et technologiques exceptionnels. En outre, le PPy possède une bioconductivité, mais aucune bioinductivité, c'est-à-dire une absence de biofonctionnalité, ce qui constitue un autre défi pour le PPy lorsqu'il est utilisé pour des applications biomédicales. Cette thèse se concentre principalement sur ces deux défis auxquels le PPy fait face, c’est-à-dire le manque de biofonctionnalité et la mauvaise performance mécanique. En se basant sur la différence des réactivités chimiques des comonomères, les particules de poly(pyrrole-co-(1- (2-carboxyéthyl)pyrrole structurées en noyaux-coquilles (P(Py-PyCOOH)) ont été synthétisées. Elles sont constituées d'un noyau composé d’un copolymère de P(Py-PyCOOH) riche en PPy et d'une coque composée de PPy-COOH. Les paramètres expérimentaux de polymérisation en émulsion ont été étudiés pour définir les conditions optimales. L'anticorps d’albumine de sérum humain (anHSA), en tant que molécule modèle a été immobilisé par des liaisons covalentes sur la surface des particules et a été prouvé réactif aux antigènes. Un schéma a été proposé pour illustrer la formation des particules de cœur-coquille (P(Py-PyCOOH)) selon un nouveau mécanisme basé sur les réactivités du comonomère. Cette méthode de fabrication peut permettre de préparer des particules de PPy fonctionnelles en grande quantité. La chimie de surface et de masse, la conductivité et le rendement global des particules peuvent être régulés. Pour la première fois, une membrane en PPy souple et mécaniquement traitable (PPy-N) a été préparée par polymérisation interfaciale assistée par modèle (TIP) sans modification chimique des monomères ni autres matériaux. Les structures uniquement interconnectées et multicouches ont été considérées comme responsables de l'excellente souplesse aux températures ambiante et à -196 °C. Un mécanisme basé sur la nature exothermique de la polymérisation du pyrrole a été suggéré pour expliquer les morphologies du PPy-N. Cette membrane en PPy flexible a un poids léger (9 g m-2), une grande surface (14,5 m2 g-1), un comportement électrothermique stable, une amphiphilicité et une excellente cytocompatibilité. Enfin, une nouvelle approche modulaire a été proposée pour immobiliser les protéines sur une surface micro/nano structurée. L'albumine de sérum bovin (BSA) et la HSA ont été immobilisées de manière covalente sur la surface des particules (P(Py-PyCOOH) avant qu’elles soient assemblées sur la surface de la membrane PPy-N pour construire une surface biofonctionnée avec la coexistence de deux types de biomolécules. Cette approche sépare la greffe de protéines et l'immobilisation en deux étapes indépendantes, fournissant ainsi une méthode simple et hautement flexible pour concevoir et fabriquer une surface ou un échafaudage multi-biofonctionnalisé. / Polypyrrole (PPy), one of p-type conducting polymers, has shown considerable potential in biomedical applications and energy storage owing to its inherent electrical conductivity, ease of synthesis, possibility of further chemical modification, and biocompatibility. Due to the extensive conjugation in PPy chains and the aggregation state, the poor mechanical property and processability of pristine heterocyclic PPy have been the outstanding scientific and technological challenges. Moreover, PPy only possesses bioconductivity but no bioinductivity, i.e., lack of biofunction, which is another challenge for PPy when it is applied in biomedical applications. This thesis mainly focuses on these two issues of PPy, i.e., the lack of biofunctionality and the poor mechanical performance. Based on the difference in comonomer reactivity, the core-shell structured poly(pyrrole-co-(1-(2-carboxyethyl)pyrrole)) (P(Py-PyCOOH)) particles were synthesized, comprising the pyrrole (Py) dominated P(Py-PyCOOH) copolymer as the core and PPyCOOH homopolymer as the shell. Experimental parameters of emulsion polymerization were investigated to define the optimal conditions. Anti-human serum albumin antibody (anHSA) as a model molecule was covalently immobilized onto the particle surface and proven reactive to its antigen. A schema was proposed to illustrate the formation of the core-shell (P(Py-PyCOOH)) particles based on a new reactivity-driven mechanism. This fabrication method can be used to prepare functional PPy particles in large-scale. The surface and bulk chemistry, conductivity, and the overall yield of the particles can be regulated. For the first time, a soft and mechanically processable PPy membrane (PPy-N) was prepared by template assisted interfacial polymerization (TIP) with neither chemical modification of the monomers nor compounding with any other materials. The uniquely interconnected and multilayered structures were considered responsible for the excellent flexibility at both room temperature and -196 °C. A mechanism based on the exothermic nature of pyrrole polymerization was suggested to explain the morphology of the PPy-N. Such a flexible PPy membrane has lightweight (9 g m-2), large surface area (14.5 m2 g-1), stable electrothermal behavior, amphiphilicity, and excellent cytocompatibility. Finally, a novel modular approach was proposed to immobilize proteins to a micro/nano structured surface. Bovine serum albumin (BSA) and HSA were covalently immobilized onto the surface of the (P(Py-PyCOOH)) particles prior to their assembly onto the surface of the PPy-N membrane, to construct a biofunctionalized surface with the coexistence of two types of biomolecules. This approach separates protein grafting and immobilization into two independent steps, providing an easy and highly flexible method to design and fabricate multi-biofunctionalized surface or scaffold.