Ce manuscrit de thèse porte sur la formation de masques de réseaux denses de nanopiliers ou nanotrous à partir de l'auto-assemblage de copolymères à blocs (CPB) à haute force de ségrégation, pour des applications dans la micro-électronique. Des copolymères à blocs, de type ABA, constitués d'un bloc central de polydiméthylsiloxane (PDMS) et de deux blocs terminaux de polylactide (PLA) ont été synthétisés par polymérisation par ouverture de cycle. Les caractérisations de deux CPB d'intérêt en masse et sous forme de film mince montrent une mesostructure hexagonale sphérique et cylindrique de PLA dans la matrice de PDMS,avec des périodes de 14,3 et 15,5 nm respectivement. Afin de contrôler l'organisation des domaines, les autoassemblages des films minces des deux CPB ont été étudiés en fonction de plusieurs facteurs : paramètres de dépôt et post-traitements (exposition à des vapeurs de solvant et recuit thermique). Dans le cas du réseau hexagonal cylindrique, le contrôle des énergies interfaciales entre le film et le substrat de silicium a été obtenu grâce au greffage d'une couche de copolymères statistique ayant des blocs chimiquement différent des blocs contenus dans le CPB. Par ailleurs, à des fins industrielles, les mesostructures doivent montrer une organisation à grande échelle (plusieurs micromètres) dépourvue de défauts. Dans cette perspective, l'auto-assemblage des CPB a aussi été étudié sur des surfaces à topographie contrôlée (graphoépitaxie) montrant un relief sinusoïdal.

Les objectifs de cette thèse consistent à identifier les morphologies adoptées par des mélanges d'élastomères chargés en noir de carbone, à étudier l'influence de l'introduction de charges sur ces morphologies mais aussi de détecter la localisation de la charge dans ces mélanges. Dans une dernière partie, l'impact de ces différentes structures sur les défauts d'extrusion est abordé. Ces travaux concernent l'étude des coupages caoutchouc naturel / styrene-butadiene rubber (NR / SBR) et polybutadiène / styrene-butadiene rubber (BR / SBR) non vulcanisés. Dans un premier temps, les morphologies adoptées par ces mélanges non chargés ont été identifiées grâce à plusieurs protocoles expérimentaux. L'influence de l'introduction de noir de carbone ainsi que l'étude de la localisation de la charge dans ces mélanges ont constitué une seconde étape dans ces travaux. Aucune localisation préférentielle de la charge n'a été détectée pour ces mélanges. Un système ségrégé a donc été réalisé par la suite. Enfin, le comportement en extrusion de ces mélanges a été simulé par rhéométrie capillaire et des observations de défauts d'aspect ont été faites. La ségrégation du noir de carbone ne semble pas entraîner la création de défauts d'aspect, sauf dans le cas d'une localisation dans la matrice

Il n'existe actuellement aucun traitement efficace pour les patients présentant une blessure au niveau de la moelle épinière. Ce triste constat est, en partie, dû à la présente d'une cicatrice empêchant la repousse des tissus. Dans ce contexte, des biomatériaux (composés non-toxiques) pourraient être implantés afin de réduire la cicatrice en formation et de fournir un support de repousse aux fibres nerveuses. Parmi ces biomatériaux, certains semblent induire de nombreuses améliorations chez le rat. Nous avons renforcé ces résultats, à l'aide de techniques électrophysiologiques. De plus, nous avons développé un nouveau matériau dégradable afin de limiter toutes réactions délétères à long terme. Après avoir synthétisé notre matériau, combinant les qualités de dégradabilité de l'acide poly(lactique) et les propriétés mécaniques du poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle), nous avons évalué ses différentes caractéristiques et ses effets thérapeutiques. Les résultats obtenus sont encourageants. Il serait maintenant intéressant de coupler notre biomatériau à des molécules bioactives ou à des cellules. / Currently, there is no treatment for patients with spinal cord injury. This pessimistic statement is, in part, due to the presence of a scar that prevents tissue regrowth. In this context, biomaterials (non-toxic compounds) could be implanted in order both to reduce the scar formation and to provide a growth support for nervous fibers. Among those biomaterials, many seem to induce numerous benefic effects in the rat model. We confirmed these data by the use of electrophysiological techniques. In addition, we developed a new degradable material so as to limit any long term deleterious reactions. After having synthesized our material, combining the degradable quality of the poly(lactic acid) and the mechanical properties of the poly(hydroxyethyl methacrylate), we analyzed its different characteristics and its therapeutic effects. The obtained results are encouraging. Now, it would be interesting to couple bioactive molecules or cells with our biomaterial scaffold.

Les nanoparticules magnétiques sont de nos jours largement exploitées dans le domaine de la recherche pour le biomédical, pour des applications aussi variées que le diagnostic, la thérapeutique ou plus récemment la théranostique. Les nombreuses méthodes de fabrication mises au point à ce jour permettent l’obtention d’une large gamme de nanoparticules en termes de taille, forme, matériaux et donc propriétés magnétiques. Le procédé de fabrication idéal est celui qui permet la fabrication simple, peu coûteuse et à grande échelle de nanoparticules parfaitement monodisperses. En ce sens, le premier volet de la thèse sera consacré à l’étude d’un nouveau procédé de fabrication basé sur la combinaison d’une approche « top-down » et « bottom-up », qui permet d’obtenir des nanoparticules de dispersion en taille très étroite. L’idée est d’exploiter les propriétés d’auto-organisation d’un copolymère dibloc, dont l’une des deux phases peut s’organiser en cylindres verticaux dans la matrice de l’autre phase sous certaines conditions. La gravure sélective des cylindres mène à l’obtention d’un masque de trous dans une matrice de polymère. On peut ensuite déposer le matériau magnétique, puis graver la matrice de polymère pour révéler les nanoparticules attachées au substrat. Si ce procédé est mené sur une couche sacrificielle, les particules peuvent être consécutivement mises en suspension. Les caractéristiques structurales et magnétiques de ces particules obtenues par auto-organisation du copolymère PS-PMMA seront étudiées, montrant que bien que ce procédé de fabrication soit encore à améliorer, il présente des avantages non négligeables en étant versatile, simple à mettre en œuvre et en permettant l’obtention de nanoparticules monodisperses et superparamagnétiques.Dans une seconde partie, un autre domaine biomédical sera abordé : le traitement du cancer. Une méthode nouvelle et alternative aux techniques d’hyperthermie ou de délivrance ciblée de médicaments avait été initiée par l’Argonne National Laboratory en 2010 et reprise à Spintec en 2011 : l’idée est de réactiver l’apoptose (ou mort programmée) de cellules cancéreuses par vibrations magnéto-mécaniques de microparticules magnétiques attachées à leur membrane. Il avait été démontré qu’avec des champs extérieurs aussi faibles que 30mT à 20Hz, des disques de permalloy en configuration magnétique vortex induisent l’apoptose de façon significative. Dans ce contexte et dans l’optique de pouvoir utiliser cette méthode pour des tests cliniques, des microparticules de magnétite, matériau biocompatible, ont été fabriquées par lithographie optique via le même procédé que les disques de permalloy. Leurs propriétés structurales, magnétiques et leur comportement en suspension sont comparés, ainsi que leurs effets sur les cellules in vitro via l’application d’un champ magnétique extérieur. A ce jour, les particules de permalloy sont supérieures en termes d’efficacité sur le déclenchement de l’apoptose des cellules cancéreuses. Certains paramètres du protocole tels que l’amplitude du champ doivent être optimisés pour les particules de magnétite, bien que les premiers effets observés soient encourageants pour la suite. / Magnetic nanoparticles are now used in a wide range of applications such as diagnostic, therapeutics or more recently theranostics. The numerous and diverse fabrication processes allow the fabrication of a wide range of nanoparticles in terms of size, shape, material and magnetic properties. An ideal fabrication process would allow the simple and cheap fabrication of a great quantity of monodisperse nanoparticles. In this objective, the first part of this work will be focused on a new and original fabrication process based on the combination of a “top-down” and “bottom-up” approach. The idea relies on the special auto organization properties of a diblock copolymer: one of the two phases has the ability to self organize into vertical cylinders in the matrix of the other polymer, provided that the annealing conditions are favourable. The selective etching of the cylinders leads to a mask of holes in a polymer matrix. Then, the deposit of a magnetic material and the etching of the polymer matrix leads to the formation of a hexagonal network of nanoparticles attached to the substrate. If the substrate is composed of a sacrificial layer, the nanoparticles can be released in a solution. The structural and magnetic properties of theses nanoparticles fabricated via a PS-PMMA template will be studied. Their characterization will show that the process is still to be optimized but allows already to obtain monodisperse superparamagnetic nanoparticles.A second part focuses on another biomedical applications of magnetic particles: the cancer treatment. A new technique, which is an alternative to the existing methods such as hyperthermia or drug delivery, was first proposed by the Argonne National Laboratory (2010) and taken over at Spintec (2011). The idea is to reactivate the apoptosis (programmed cell death) of cancer cells via the magneto mechanical vibrations of magnetic microparticles attached to their membranes. It was proved that weak external magnetic fields (30mT at 20Hz) applied on permalloy disks in a vortex configuration lead to a significant increase of the apoptotic rate of cancer cells. In the objective of making this method possible for clinical applications, biocompatible magnetite microparticles were fabricated via the same fabrication process than the permalloy disks (optic lithography). Their structural and magnetic properties are compared, as well as their behavior in a suspension and their lethal effect on cancer cells via the application of an external magnetic field. For now, the permalloy microdisks provide better results than the magnetite particles. Some parameters of the experimental set up have to be optimized for the magnetite particles, such as the amplitude of the applied magnetic field. However, the first effects observed with the magnetite particles are quite promising.

L’objectif de ce travail était d’élaborer un copolymère biodégradable dans le but de développer une endoprothèse biorésorbable. Ainsi, des copolymères de lactide et de glycolide ont été synthétisés par copolymérisation par ouverture de cycle, dans des conditions permettant le contrôle de leurs paramètres macromoléculaires. Après plastification et mise en forme des copolymères par extrusion, l’étude des propriétés mécaniques, à l’état sec et après immersion en milieu aqueux, a été réalisée. Les essais de traction ont permis de vérifier l’importance de la vitesse de sollicitation et d’accéder à certaines grandeurs caractéristiques du matériau. L’étude de la dégradation des copolymères, sous forme de jonc, a mis en évidence un mécanisme de dégradation hétérogène sur une durée en accord avec l’application visée. La plastification par des molécules acides a permis d’accélérer la vitesse d’hydrolyse des copolymères. En conclusion, les propriétés mécaniques et de dégradation des copolymères PDLGA synthétisés sont donc en adéquation avec le cahier des charges de l’application biomédicale. / This work describes the synthesis of biodegradable copolymer to design a bioabsorbable endoprosthesis. Lactide and glycolide-based copolymers were synthesized by ring opening polymerization. Experimental conditions were chosen to produce controlled structures. The study of mechanical properties was performed in dry and wet states. During the tensile experiments, the effect of strain rate was noticed and some characteristics parameters were determined. Hydrolytic degradation of materials was fast and revealed a heterogeneous mechanism. Addition of acidic molecules for plasticizing increased the degradation rate of the copolymers.Mechanical properties and degradation of the PDLGA copolymers are indeed in good agreement with the specifications of this biomedical application.

Les agents d'embolisation liquides utilisés dans le traitement endovasculaire ont de nombreuses limitations. Des polymères, tels que l’Onyx et les cyanoacrylates sont disponibles. L’alcool est un agent puissant, mais non radio-opaque. Les cyanoacrylates entrainent une réaction inflammatoire significative. Leur polymérisation rapide est responsable d’un comportement mal prévisible.Il existe une possibilité de traitement incomplet.L’Onyx est efficace pour le traitement des MAV.Une pénétration plus distale est obtenue avec l’alcool, mais associée à un risque de migration systémique. Nous avons évalué les propriétés d'un nouvel agent embolique (Alconyx) composé d'un mélange d'alcool et d'Onyx. Cet agent devrait cumuler les avantages respectifs de l'alcool et de l'onyx avec une visualisation adéquate sous fluoroscopie, une meilleure pénétration distale que l'Onyx seul et moins de toxicité systémique liée à la réduction de quantité d’alcool injecté. Divers mélanges ont été testés avec différentes concentrations d'Onyx 18 et d’alcool absolu. Alconyx 25 (75% Onyx 18; 25% d'éthanol) est la formulation la plus prometteuse. Nous avons démontré sa facilité d'injection in vivo, sa nature cohésive sans fragmentation ainsi que sa bonne visualisation sous fluoroscopie. En raison de sa moindre viscosité démontrée in vitro, Alconyx a été capable de pénétrer profondément dans le lit artériel.. L'occlusion proximale par Alconyx 25 devrait permettre d'améliorer le contact entre l'éthanol et la paroi vasculaire et donc augmenter son pouvoir sclérosant et limiter son passage systémique. Les propriétés occlusives d’Alconyx 25 sont similaires à celle de l’Onyx 18 sous haute pression in vitro. / Commercially available liquid embolization agents used in endovascular treatment have many limitations. Polymeric agents as Onyx and cyanoacrylate are available. Ethanol also is a potent sclero-embolic agent. Cyanoacrylates are effective liquid embolic agents, however, their rapid polymerization makes their behaviour unpredictable with possibility of incomplete treatment. These properties render their use challenging.Onyx is easy to use. However, in very small arterial niduses, Onyx, is unable to penetrate deeply. Deep penetration is obtained with ethanol, associated with risk of systemic migration.Poor visualization of ethanol under fluoroscopy is major drawback. Mixing Onyx with ethanol had never been described in the literature till now. In this work, various mixtures have been tested with different concentrations of Onyx 18 and absolute ethanol. Alconyx 25 (75% Onyx 18; 25% ethanol) seems to be a promising product. We proved its ease of injection in vivo and in vitro, its cohesive nature showing no fragmentation or interruption of the injected column as well as its good visualization under fluoroscopy. It was able to penetrate deeply in the arterial bed. The occlusive properties of Alconyx 25 were rated as good as Onyx 18 under high pressure in vitro. Further investigation is needed to better understand the behavior of ethanol in the suspension and its effect on tissues compared to Onyx diluted simply with an equivalent amount of DMSO. Studies on other commercially available concentrations of Onyx would certainly be interesting.

L'objectif de cette thèse est de préparer des microsphères chargées en une protéine modèle, le lysozyme, en utilisant un nouveau copolymère pentabloc. La libération de protéine à partir des microsphères obtenues doit être continue et complète sur une période d’au moins un mois. Des copolymères pentabloc PLGA-P188-PLGA et une protéine modèle, le lysozyme, ont été utilisés. La présence du bloc central P188 la masse molaire du segment PLGA, le type de solvant, la concentration en polymère, la vitesse d’agitation de l’émulsion et la teneur en tensioactif ont tous un effet sur la porosité des microsphères. La teneur en tensioactif et la vitesse d'agitation ont principalement contribué au contrôle de la taille des particules. En ajustant les caractéristiques du segment PLGA et les paramètres du procédé, la libération de la protéine a été améliorée. Une libération prolongée et complète de protéines sur 8 semaines a été obtenue en suivant le modèle d’Higuchi. La modulation du profil de libération de la protéine a été obtenue par un mélange physique de différentes microsphères. Cette stratégie peut-être appliquée à une seule protéine ou dans le cadre d’une thérapie combinée. / The aim of this thesis is to formulate protein-loaded microspheres with penta-block copolymers for a sustained and completed protein release for at least one month. A new PLGA-P188-PLGA penta-block copolymers were used. The presence of a P188 central block facilitated the control of particle morphology and size. LA/GA ratio, the molecular weight of PLGA segment, solvent type, polymer concentration, emulsifying speed and surfactant content all affected microsphere porosity.The surfactant concentration and agitation speed principally contributed to particle size control. By adjusting the polymer characteristics and the process parameters, the protein release was improved remarkably. An 8-week completed and sustained protein release complying with the Higuchi model was achieved. The physical mixing of different microparticles was then studied for modulating release profile.The achievement of protein delivery with controlled release profile raised its applicability, especially for one protein sustained release or combined therapy.

L'objectif de ce travail est de comprendre comment s'auto-organisent les films minces de PS-b-PMMA présentant des nanodomaines cylindriques de PMMA orientés verticalement. Ces films sont ensuite utilisés pour organiser des nano-objets discrets de faibles dimensions (diamètre ~ 20 nm) et en forte densité (~1011/cm²).<br />Il est montré que la phase de cylindres verticaux se forme de façon indirecte pendant le recuit thermique à partir d'une phase homogène. Tout d'abord, il se forme une phase de cylindres désordonnés au sein du film sur laquelle la phase de cylindres verticaux s'établie par un mécanisme de nucléation-croissance, menant à la présence de défauts aux joints de grains. <br />L'élimination des défauts dans le réseau nécéssite une diffusion de ces derniers. Après avoir montré expérimentalement et théoriquement que les sites heptacoordinés adoptent une morphologie distordue en raison de la contrainte du réseau, nous proposons un mécanisme de diffusion des dislocations basé sur la division des nanodomaines distordus. Nous montrons que les films réalisés possédent un ordre hexatique selon la théorie KTHNY.<br /> Finalement, nous utilisons ces films en tant que masque pour réaliser, par gravure plasma, des nano-piliers en Si/SiGe ou bien des capacités MOS à nanocristaux de Pt

Les poly(3-hydroxyalcanoate)s ou PHAs sont des biopolyesters linéaires biodégradables et biocompatibles synthétisés par des microorganismes bactériens en tant que réserve de carbone et d'énergie. Ils sont synthétisés par des bactéries à partir de ressources renouvelables et la diversité de leurs structures possibles se traduit par un large éventail de polymères ayant des propriétés mécaniques très différentes. Nous avons tout d'abord testé les capacités de production de PHAs de nouvelles souches bactériennes marines provenant de tapis microbiens de Polynésie française, en utilisant, entre autres, des substrats naturels comme l'huile de coprah, le glucose et l'acide oléique. Nous avons notamment montré que la souche Pseudomonas guezennei est capable de produire des PHAs avec des taux d'insaturation contrôlés et de masse molaire très élevée. Puis, des oligomères de PHAs fonctionnalisés de structures contrôlées portant des fonctions terminales alcynes ou alcènes ont été préparés par transestérification. Ces oligomères ont ensuite été utilisés pour l'élaboration par chimie click de copolymères amphiphiles greffés EPS-g-PHA avec des exopolysaccharides (EPS) bactériens. Enfin la dernière partie de ces travaux a consisté en la réalisation d'un support de croissance pour le développement de cellules souches pour l'ingénierie tissulaire combinant les propriétés mécaniques des PHAs et les propriétés hydrophiles et bioactives des EPS / Poly(3-hydroxyalkanoate)s, or PHAs, are linear biodegradable and biocompatible biopolyesters synthesized by bacterial microorganisms as energy and carbon supply. They are synthesized by bacteria from renewable resources and the diversity of the achievable structures leads to a large range of mechanical properties. First, we studied the PHAs production ability of several new marine bacteria strains, isolated from microbial mats from French Polynesia, using, among others, natural substrates such as coprah oil, glucose and oleic acid. We showed particularly that the strain Pseudomonas guezennei was able to produce PHAs with controlled amounts of insaturations and high molar masses. Then, we prepared functionalized PHAs oligomers with controlled structure and bearing a terminal alkyne or alkene function. Following that, these oligomers were used to elaborate amphiphilic by click chemistry graft copolymers EPS-g-PHA with bacterial exopolysaccharide (EPS). Finally, the last part of this work was the making of a scaffold for stem cell culture for tissue engineering which combined the mechanical properties of PHAs and the hydrophilicity and bioactive properties of EPS

Les travaux portent sur l'élaboration de nanoparticules dont le coeur polyester (PLA) est recouvert d'une couche polysaccharide hydrophile à base de dextrane. Des composés amphiphiles polysaccharidiques (DexC6, DexN3, Dex-g-PLA-g-N3) ont été synthétisés et leur comportement tensioactif a été évalué. Cette capacité à stabiliser les interfaces a été mise à contribution pour élaborer les nanoparticules via deux procédés: émulsion/évaporation de solvant organique et nanoprécipitation. Un peptide inhibiteur de la dimérisation de la protéase du VIH-1 (Pam-LEY), a alors été encapsulé au sein de nanoparticules PLA recouvertes de DexC6. Bien que stable en milieu aqueux de haute force ionique (4M), la désorption de la couronne physiquement adsorbée est observée en présence de SDS. La Chimie-click a été une alternative pour fixer cette couronne polysaccharidique hydrophile de façon irréversible à la surface des nanoparticules selon 2 stratégies. D'une part, des copolymères organosolubles Dex-g-PLA-g-N3 ont été présynthétisés par Chimie-click puis nanoprécipités dans l'eau. L'autre méthode consiste à émulsionner une solution aqueuse de DexN3 et une solution organique de PLA alpha-alcyne en présence de CuBr. Une chimie-click se produit alors in situ à l'interface liquide/liquide, et assure le lien covalent entre le coeur et la couronne de la nanoparticule. La Chimie-click nous a également permis d'obtenir des nanoparticules possédant des fonctions azide résiduelles à leur surface. Une post-fonctionnalisation de ces dernières à été réalisée avec un dérivé d'ATWLPPR, un peptide ciblant les co-récepteurs NRP-1 de VEGF surexprimés au niveau des néo-vaissaux irriguant les tumeurs cancéreuses / This work deals with biodegradable/biocompatible polymeric nanoparticles based on PLA and covered by a polysccharidic shell (dextran). First of all, amphiphilic dextran derivatives (DexC6, DexN3, Dex-g-PLA-g-N3) have been produced and their surfactive properties have been evaluated depending on their architecture and substitution degree. Then we took advantages of their ability to stabilize interfaces to formulate nanoparticles via two processes: emulsion/organic solvent evaporation and nanoprecipitation. Pam-LEY, peptide used as HIV-1 protease dimerisation inhibitor, was encapsulated with 40% efficiency into PLA nanoparticules covered by DexC6. Because this DexC6 surface is just physically adsorbed on the PLA core, a desorption is observed in presence of SDS. The use of Click-chemistry was judged interesting to solve that issue and to covalently link the hydrophilic polysaccharidic shell to the PLA core. Two strategies could be opposed. One one hand, oil-soluble Dex-g-PLA-g-N3 copolymers have been synthesized by click chemistry in homogeneous media and then nanoprecipitated in water. On other hand, an hydrophilic DexN3 has been emulsified with a alpha-alkyne PLA organic solution, in the presence of CuBr. By this way, click-chemistry occured in situ, at liquid/liquid interface during the emulsification step. Produced triazole rings link the core to the shell.Moreover, the use of the Huisgen cycloaddition reaction allowed us to produce nanoparticles having some residual azide functions on their surface. The nanoparticles have been post-fonctionnalized by a peptide used to target NRP-1, co-receptor of Vascular Endothelial Growth Factor over-exprimed on the cancer tumors area