Le contrôle de la fabrication des structures cristallines des médicaments est un enjeu crucial pour l'industrie pharmaceutique. Plusieurs exemples ont montré qu'une mauvaise maîtrise du polymorphisme conduisait à des situations dramatiques. Récemment, une méthode permettant la maîtrise du polymorphisme de molécule organique dissoute en solution à l'aide de la polarisation d'un faisceau laser a été découverte aux Etats-Unis. Cette thèse étudie l’effet du laser sur des solutions aqueuses de molécules de glycine, L – (+) – histidine, D – (-) – et L – (+) – acide glutamique. Afin de réaliser l’étude, un montage expérimental a été construit permettant le contrôle de nombreux paramètres et une méthode spécifique de travail a été développée afin de limiter fortement l’aléa expérimental. Une étude multi-paramètres incluant l’effet comparé des polarisations linéaire et circulaire dans du H2O et du D2O de la nucléation induite par laser non-photochimique (NPLIN) de la glycine a été menée. Une étude préliminaire de l’effet du laser sur les solutions d'histidine et de l' acide glutamique a également été réalisée. Il est montré que le solvant est un facteur déterminant du contrôle du polymorphisme. Toutefois, la conjonction de la polarisation et de la concentration a une influence sur les polymorphes de glycine obtenus dans le H2O. Les résultats obtenus permettent de contribuer à la compréhension du mécanisme en améliorant l'hypothèse initiale de l'effet Kerr. / Polymorphism control of drug molecules is one the main challenges facing drug companies. Several examples have shown than an uncontrolled polymorphism crystallization could lead to dramatic situation. One the most recent progress in the polymorphism control is the unwanted discovery of polymorphic selective crystallization of organic molecule dissolved in solution based on the laser beam polarization. This thesis deals with the implantation of this method in France for the first time based on a methodology limiting experimental hazard and a special design experimental device dedicated to this study. This work is based on an important review of known results of the field and published for the first time. An important multifactor study was done on glycine, histidine and glutamic acid, which allows to improve knowledges on the putative initial mechanism based on the Kerr effect. It has been established that the solvent is the dominant factor, letting laser polarization as the third factor for polymorphism control after concentration.

Orientador: Maria Isabel Felisberti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T06:00:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Taba_EduardodosSantos_D.pdf: 4256071 bytes, checksum: ec0a3acba638d80495c8dfba90548e34 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Blendas do polímero biodegradável poli(hidroxibutirato) foram preparadas com os seguintes copolímeros aleatórios: poli(estireno-co-acrilonitrila)-SAN; poli(estireno-co-metacrilato de 2-hidróxietila)-S-Hema; poli(metacrilato de metila-co-vinil fenol-P(MMA-co-VPh). Os copolímeros SAN foram sintetizados via copolimerização em massa, enquanto os copolímeros S-Hema foram sintetizados pela copolimerização em solução utilizando DMF como solvente. Os copolímeros foram caracterizados por ressonância magnética nuclear (RMN) de H e C, cromatografia de permeação em gel (GPC), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise dinâmico-mecânica (DMA). As blendas foram preparadas dissolvendo-se os polímeros em um bom solvente e adicionando-se à solução resultante um mau solvente para a coagulação dessas blendas. As análises das blendas por DSC, DMA e microscopia eletrônica de varredura (SEM) mostraram que todas elas são imiscíveis. A cinética de cristalização do PHB em blendas P(MMA-co-VPh)/PHB e SAN/PHB foi estudada por DSC. Esses estudos mostraram que a presença do copolímero P(MMA-co-VPh) causa a diminuição da taxa de cristalização do PHB e aumenta a energia de ativação do processo de cristalização do PHB. Para as blendas PHB/SAN, o efeito do copolímero em diminuir a taxa de cristalização do PHB é menor que nas blendas PHB/P(MMAco- VPh). Além disso, o teor de acrilonitrila no copolímero pouco afeta a taxa de cristalização do PHB. Os expoentes de Avrami ¿n¿ determinados para a cristalização do PHB nas blendas P(MMA-co-VPh)/PHB e SAN/PHB são aproximadamente iguais ao expoente ¿n¿ para o PHB puro indicando que o mecanismo de cristalização do PHB não se altera nas blendas. Sendo assim, este trabalho possibilitou o entendimento de aspectos importantes referentes ao comportamento de fases e à cinética de cristalização de blendas contendo PHB associado a copolímeros aleatórios.Os estudos cinéticos podem colaborar para a compreensão do comportamento de cristalização de copolímeros/PHB em equipamentos de processamento. Além disso, esse estudo pode ajudar na escolha do copolímero e de sua composição para um melhor controle da cristalização do PHB nessas blendas / Abstract: Blends of biodegradable poly(hydroxybutyrate) were prepared with the following random copolymers: poly(styrene-co-acrylonitrile)-SAN; poly(styrene-co-2-hydroxyethylmethacrilate)-S-Hema; poly(methylmethacrylateco- vinylphenol)-P(MMA-co-VPh).SAN copolymers were synthesized by bulk copolymerization; while S-Hema copolymers were synthesized by solution copolymerization using DMF as solvent. The resulting copolymers were characterized by nuclear magnetic resonance (RMN) of H and C, gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic-mechanical analysis (DMA). Blends were prepared using coprecipitation method where a binary homogeneous soilution was added to a large volume of non solvent. DSC, DMA and scanning electron microscopy (SEM) analysis revealed that all the blends are immiscible in the entire composition range. Despite the immiscible blends, DSC analysis show that the copolymers interferes in the PHB crystallization, being capable of suppress this process in some blends. Crystallization kinetics of the PHB in PHB/P(MMA-co-VPh) and PHB/SAN blends was studied by DSC and the results revealed that the presence of P(MMA-co-VPh) copolymer decreases the PHB crystallization rate and increases the activation energy for the overall crystallization process. In respect to PHB/SAN blends, the influence of the copolymer in decrease the PHB crystallization rate is lower than the observed in PHB/P(MMA-co-VPh) blends. Moreover, the acrylonitrile concentration in the copolymer causes little effect in the PHB crystallization rate. The Avrami exponent ¿n¿ determined for the crystallization process in PHB/P(MMA-co-VPh) and SAN/PHB blends are approximately equal to the ¿n¿ exponent for pure PHB indicating that the crystallization mechanisms for pure PHB do not change in the blends. This work made possible the understanding of important aspects of the phase behavior and crystallization kinetics of random copolymers/PHB blends. The crystallization kinetics studies can collaborate for the understanding of the behavior of crystallization of these blends in processing equipments. Moreover, this study can help in the choice of the copolymer and its composition for better control of the crystallization of PHB in these blends / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

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L’évaporation d’eau chargée en sels fait partie des processus de dégradation d’un milieu poreux. Lors de l’évaporation, les sels vont s’accumuler à l’interface liquide-gaz, pouvant aller jusqu’à la cristallisation. Lors de la cristallisation, des contraintes importantes sont exercées sur la matrice solide du milieu poreux, ce qui à terme peut la détériorer.Les travaux présentés ici portent sur l’évaporation d’une solution de NaCl en situation de mèche et se focalisent sur les phénomènes de transport jusqu’à la cristallisation. Nous avons analysé le lien entre le transport de la vapeur, l’écoulement induit dans la solution par l’évaporation, le transport de sel depuis le réservoir de solution saline vers l’interface, et la cristallisation. Plusieurs études expérimentales ont été réalisées pour différentes configurations de mèche. Par ailleurs, nous avons aussi mis en place divers modèles numériques (approche continue 1D et 2D, réseaux de pores 2D et 3D).Une première étude sur une mèche saturée met en évidence l’influence de la cristallisation sur les différents transports. Les cristaux forment un nouveau milieu poreux, favorisant l’évaporation et générant un effet de pompage sur la solution saline. Une deuxième étude sur des mèches saturées a permis d’analyser l’influence de l’évaporation et des propriétés du milieu poreux sur la localisation et le temps d’apparition de la cristallisation. Les expériences montrent une cristallisation discrète à la surface des mèches, se formant préférentiellement dans les zones où l’évaporation est la plus intense. Dans le cas des milieux hétérogènes, la localisation de la cristallisation dépend des propriétés des milieux poreux formant les mèches (porosité et perméabilité).Finalement, la situation d’évaporation en milieu partiellement saturé est étudiée et montre aussi une cristallisation discrète. Nous avons constaté qu’une approche continue classique ne permet pas de prédire correctement la cristallisation en raison des hétérogénéités des fronts. Pour palier ce manque, des modèles de réseaux de pores ont été développés. Les résultats obtenus indiquent que pour une évaporation insuffisante, la cristallisation n’a jamais lieu à l’interface. Lorsque l’évaporation augmente, la proportion de fronts amenant à la cristallisation augmente. Lorsque l’évaporation devient suffisamment intense, la totalité des fronts atteignent la cristallisation. Les zones de cristallisation préférentielles le long des fronts sont identifiées et caractérisées. / The evaporation of water with dissolved salt is a main source of degradation of porousmedia. As water evaporates, dissolved salts accumulate under the liquid-gas interface, possibly reaching crystallization. As crystals grow, stresses can be generated andmay deteriorate pore walls. In this context, our study focuses onNaCl transport and crystallization processwhich result from evaporation inside or at the surface of the porousmedium. The link between vapour transport, brine flow, salt transport and crystallization, is studied with both experiments and numerical simulations (continuummodels and pore network models). A firstwork on saturatedwicks shows howthe growth of efflorescences affects the different transports occurring during evaporation. Efflorescences create a new porous medium which increases evaporation, and consequently salt transport through the wick, generating a "pumping effect". The influences of evaporation rate distributions and porous medium properties on crystallization are also analysed. Results showthat crystallization occurs in a discrete way over the surface of the saturated wicks, due to the porous medium disorder. In addition, it is found that efflorescences tend to grow preferentially in strong evaporating areas. For heterogeneousmedia, results show that crystallization occurs over the less permeable and the less porousmedium. A study of evaporation inside partially saturatedwicks also indicates discrete crystallization at the front. Classic continuum models can not predict accurately the crystallization over this kind of heterogeneous interface. Pore network models are more suitable to simulate transports with these large scale heterogeneities. Results show that depending on the global evaporation rate at the front, crystallization never occurs, may occur with a certain probability or always occurs. The relation between fronts structures, evaporation rate distribution and transports in the liquid phase, is analysed in order to understand and predict crystallization localization. These crystallization spots are then identified and characterized.

Cette thèse a pour objectif l’étude et la mise au point d’un procédé de fabrication, par cristallisation, de sel thermal enrichi en magnésium, à partir d’eaux minérales naturelles chlorurées sodiques fortes. Un modèle dynamique a d’abord été développé pour la simulation du procédé. Ce modèle est basé sur la description des phénomènes physico-chimiques intervenant dans les équilibres thermodynamiques multiphasiques (liquide, vapeur, solides). Puis, un pilote de laboratoire a été mis en place pour vérifier la faisabilité du procédé et valider le modèle développé. Le pilote proposé est constitué de deux réacteurs en série entre lesquels est placé un système de filtration. Une étude expérimentale et par modélisation du procédé avec l’eau thermale de Salies-de-Béarn a ensuite été réalisée. Cette étude montre qu’il est possible de produire un sel thermal ou une eau-mère naturellement enrichis en magnésium. / The aim of this thesis is the study and the development of a production process, by cristallization, of thermal salt enriched in magnesium, from highly chlorinated natural waters. At first, a dynamic model was developed for the process simulation. This model is based on the description of physical-chemical phenomena occurring in multiphase thermodynamic equilibrium (liquid, vapor, solids). Then, a laboratory pilot was set up to check the process feasibility and to validate the developed model. The proposed pilot is a series of two reactors between which is placed a filtration system. Finally, an experimental and modeling study of the process has been realized with thermal water of Salies-de-Béarn as raw-material. This study shows that it is possible to produce a thermal salt or mother liquor naturally enriched in magnesium.

La compréhension des mécanismes pilotant la cinétique d'évaporation d'une gouttelette sessile sur un substrat inerte a notablement progressé ces dernières années. Ainsi, l'influence de l'angle de contact de la goutte, de la conductivité thermique du solide, de sa rugosité, de la convection thermocapillaire à l'intérieur de la goutte, ou de la convection dans la vapeur environnante, sont maintenant bien compris. Parallèlement, la façon dont des dépôts de type ‘tâche de café' se forment pendant l'évaporation de fluides complexes (suspension colloïdale, sang …) a été étudiée en détail.Toutes ces études ont été réalisées avec des solides non-réactifs. Nous proposons ici d'étudier le comportement d'une goutte d'eau s'évaporant sur un substrat soluble. Dans cette configuration, trois phénomènes sont en interaction complexe : la dissolution/précipitation du substrat à l'interface solide-liquide, la diffusion/convection des espèces dissoutes dans la gouttelette, l'évaporation de l'eau à l'interface liquide-air. Nous avons travaillé avec des solides à dissolution rapide, des monocristaux de NaCl et KCl, à température et humidité contrôlées. Pour tester l'influence des instabilités thermo- et soluto-gravitationnelles, nous avons réalisé des expériences au sol et en micropesanteur, lors de plusieurs campagnes de vols paraboliques CNES.Nous avons observé que la dissolution induisait un ancrage de la ligne triple au tout début de l'évaporation, conduisant à une décroissance linéaire de l'angle de contact avec le temps. A la fin de l'évaporation, un dépôt périphérique apparaît. Cette configuration permet ainsi de faire apparaître des dépôts de type ‘tâche de café' à partir d'une goutte d'eau pure. Ces dépôts sont la preuve d'un écoulement radial de l'intérieur vers l'extérieur au sein de la goutte. L'observation de gouttes ensemencées de particules fluorescentes s'évaporant sur un monocristal de sel a permis de mettre en évidence des écoulements capillaires complexes au sein de celle-ci. La morphologie des dépôts périphériques est très variée, passant continument de la forme de parois inclinées à celle de demi-tore creux, lorsque le volume initial de la goutte ou la température varient / Recent progresses have led to a better understanding of the mechanisms driving the evaporation kinetics of a sessile droplet of simple liquid on an inert substrate. For instance, the influence of the contact angle of the droplet, of the thermal conductivity of the solid, of its roughness, of the thermocapillary convection inside the droplet, or of the convection in the vapor are now better understood. Besides, the way coffee-stain-like deposits form during the evaporation of complex fluids (colloidal suspension, blood …) has now been studied in detail.All these studies have been carried out with non-reacting solids. We propose here the investigation of the behavior of a water droplet evaporating on a soluble substrate. In this configuration, three phenomena are strongly interacting: dissolution/precipitation of the substrate at the solid-liquid interface, diffusion/convection of the dissolved species in the droplet, evaporation of water at the liquid-air interface. We have worked with fast-dissolving solids, NaCl and KCl single crystals, with controlled temperature and humidity. To test the influence of thermogravitational instabilities, experiments on the ground and in microgravity (parabolic flights) have been carried out.We have observed that the dissolution induces a pinning of the triple line at the early beginning of the evaporation, leading to a decrease of the contact angle linear in time. At the end of the evaporation, a peripheral deposit (coffee-ring-like) resulting from the salt migration and precipitation, is always present, proof of an outward flow inside the droplet. The observation of drops seeded with fluorescent particles evaporating on a dissolving solid (NaCl single crystal) has highlighted complex capillary flows inside the liquid. The shape of this ring-like deposit is very diversified and vary with the substrate temperature and the initial volume of the droplet

Bei der Verwendung von Hartkugelpackungen als Modelle für verschiedene Systeme in Physik, Chemie und den Ingenieurwissenschaften kommen einige Fragen auf, z.B. nach dem Zusammenhang zwischen der Packungsdichte und der Radienverteilung der Kugeln bzw. der Packungsstruktur. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem der optimalen Packungsdichte von zufällig dichten Packungen. Es wird ein Optimierungsalgorithmus vorgestellt, der aus einer vorgegebenen Klasse von Radienverteilungen diejenige bestimmt, für die die Packungsdichte maximal wird. Die Packungsstruktur kann man durch verschiedene statistische Größen charakterisieren, die im zweiten Teil dieser Arbeit beschrieben werden. Dabei wird die Abhängigkeit dieser Größen von der Packungsdichte und der Radienverteilung untersucht und gezeigt, dass in monodispersen Packungen mit zunehmender Dichte erhebliche strukturelle Veränderungen auftreten: Im Dichteintervall zwischen 0,64 und 0,66 erfolgt offenbar ein Übergang von ungeordneten zu kristallinen Packungen, bei weiterer Verdichtung entwickelt sich schließlich eine FCC-Struktur.

Bei der Verwendung von Hartkugelpackungen als Modelle für verschiedene Systeme in Physik, Chemie und den Ingenieurwissenschaften kommen einige Fragen auf, z.B. nach dem Zusammenhang zwischen der Packungsdichte und der Radienverteilung der Kugeln bzw. der Packungsstruktur. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem der optimalen Packungsdichte von zufällig dichten Packungen. Es wird ein Optimierungsalgorithmus vorgestellt, der aus einer vorgegebenen Klasse von Radienverteilungen diejenige bestimmt, für die die Packungsdichte maximal wird. Die Packungsstruktur kann man durch verschiedene statistische Größen charakterisieren, die im zweiten Teil dieser Arbeit beschrieben werden. Dabei wird die Abhängigkeit dieser Größen von der Packungsdichte und der Radienverteilung untersucht und gezeigt, dass in monodispersen Packungen mit zunehmender Dichte erhebliche strukturelle Veränderungen auftreten: Im Dichteintervall zwischen 0,64 und 0,66 erfolgt offenbar ein Übergang von ungeordneten zu kristallinen Packungen, bei weiterer Verdichtung entwickelt sich schließlich eine FCC-Struktur.

Les amphipoles (APols) sont devenus des outils importants pour la stabilisation, le repliement, et les études structurales et fonctionnelles in vitro des protéines membranaires (MPs). Les MPs sont les unités fonctionnelles des biomembranes et représentent environ un tiers des protéines qui sont codées par le génome. La première partie de mon travail est dédiée à la cristallisation de MPs piégée par des APol. La cristallisation directe de protéines solubilisées en APol sera d'une grande importance pour la biologie structurale. Cependant, malgré des efforts considérables, il n'est pas certain que les complexes MP/APol peuvent être utilisés pour former des cristaux bien ordonnés utilisables en cristallographie des rayons X. Le premier objectif de cette thèse est de montrer que les MPs piégées par des APol peuvent être cristallisées in meso. Pour faire cela, nous avons utilisé des bicouches amphiliques interconnectées qui sont ajustables pour certaines MPs. Cette méthode a été récemment développée dans notre laboratoire. Nous avons utilisé la bactériorhodopsin (BR) piégée avec APol A8-35 comme système modèle pour nos études cristallographiques. Le premier cristal obtenu diffractait à 3 Å, alors qu'une nouvelle méthode de cristallisation en nanovolume, exploitant des précipitants secs, améliore les pics de diffraction aux rayons X observés jusqu'a 2 Å. La structure de BR a été résolue à 2 Å et s'est révélée identique aux autre structures obtenues précédemment à partir de protéine solubilisée en détergents. Nous suggérons que le protocole proposé, de cristallisation in meso, est applicable aux MPs solubilisées avec des APols.La deuxième partie est liée aux applications des APols pour les études de MPs à l'aide de spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS). La spectroscopie SERS a énormément évolué depuis sa découverte en 1970. C'est un outil analytique puissant pour sélectionner les molécules qui adsorbent sur des nanoparticules et des nanostructures à base de métaux nobles, possiblement au niveau de la molécule unique. Malheureusement les études de MPs sont loin de l'application courante du SERS à cause de la difficulté résultante de la nature amphiphilique des MPs. La capacité des APols à piéger les MPs et de les garder solubles, stables et fonctionnelles ouvre la voie pour des applications extrêmement intéressantes des études SERS, éventuellement au niveau de la molécule unique. De plus, le deuxième objectif de ce travail de thèse était de démontrer la faisabilité de l'utilisation de SERS avec des MPs piégées par des APols. Le même modèle (BR/A8-35) a été utilisé pour les études cristallographiques et pour les agrégats de NP d'argent. Cette tâche a été réalisée a un niveau suffisant pour commencer des études de MPs avec la méthode SERS.Le premier chapitre de cette thèse commence avec des informations générales à propos de l'importance des études de MPs et les problèmes inhérents à leur manipulation. Plus loin dans le chapitre, un bref résumé des APols, de leurs propriétés et leurs applications est présenté. La majeure partie de l'introduction est dédiée aux points importants des différentes approches de cristallisation de MPs et de spectroscopie Raman, en particulier SERS spectroscopie, et leurs applications aux protéines. La fin de la partie “Introduction” présente les conclusions à propos des applications des APols pour les études de cristallographie aux rayons X et pour les études de spectroscopie SERS sur les MPs, définissant les objectifs principaux pour ce travail. Le chapitre “Materials and methods” consiste en une description détaillée des matériels et des protocoles utilisés dans cette étude. Le résultat des études de cristallisation et de SERS et leurs interprétations sont présentés comme deux différentes parties dans le dernier chapitre “Results and discussions”. Le chapitre “Conclusions and perspectives est présent dans chaque partie. / Amphipols (APols) have become important tools for the stabilization, folding, and in vitro structural and functional studies of membrane proteins (MPs). MPs are the main functional units of biomembranes and represent roughly one-third of the proteins encoded in the genome. The first part of my work was dedicated to crystallization of a MP trapped by APol. Direct crystallization of MPs solubilized in APols would be of high importance for structural biology. However, despite considerable efforts, it is still not clear whether MP/APol complexes can be used to form well-ordered crystals suitable for X-ray crystallography. The first major goal of this PhD thesis work was to show that APol-trapped MP can be crystallized in meso. To perform it we utilized special, flexibly adjustable for a certain MP, interconnected amphiphilic bilayers (IAB) approach which has been recently developed in our laboratory. We used bacteriorhodopsin (BR) trapped with APol A8-35 as a model system for our crystallization studies. The first obtained crystals diffracted to 3 Å, while a new developed type of high throughput nanovolume crystallization, exploiting dry precipitants, shifted the observed X ray diffraction peaks beyond 2 Å. The structure of BR was solved to 2 Å and found to be indistinguishable from previous structures obtained with a detergent-solubilized protein. We suggest that the proposed protocol of in meso crystallization is generally applicable to APol-trapped MPs.The second, to a certain extent, complementary part of the present work was related to application of APols to the surface-enhanced Raman scattering (SERS) studies of MPs. SERS spectroscopy has been developed dramatically since its discovery in the 1970s. It is a powerful analytical tool for selective sensing of molecules adsorbed onto noble metal nanoparticles (NPs) and nanostructures, including at the single molecule (SM) level. Unfortunately, MPs studies are far away from the main stream of SERS applications due to the great handling difficulties resulting from the amphiphilic nature of MPs. The ability of APols to trap MPs and keep them soluble, stable and functional opens the way for highly interesting applications of SERS studies, possibly at the SM level. Thus, the second goal of this PhD thesis work was to prove our concept of feasibility of SERS with MPs trapped by APols. Using the same as in the crystallization studies model BR/A8-35 complexes and silver NP aggregates, the task was fulfilled to a degree enough to start with the SERS studies of MPs.The first chapter of the PhD thesis begins with general information about the importance of MP studies and the problems with their handling. Further in this chapter, a brief overview of APols, their properties and applications is presented. The largest part of the “Introduction” is dedicated to main points of different MP crystallization approaches and Raman spectroscopy, in particular SERS spectroscopy, and their applications to proteins. The end of the “Introduction” part presents the conclusions about APol application for X-ray crystallography and SERS spectroscopy studies of MPs, setting the main goals for the present work. The “Materials and methods” chapter consists of detailed description of the materials and protocols used in this study. The results of crystallization and SERS studies and their interpretations are presented as two different parts in the last “Results and discussions” chapter. The “Conclusions and perspectives” sections accompany each of these parts.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:54:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 12442.pdf: 17943869 bytes, checksum: d8ae26da3e514d980c366a9cafa81e22 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Quimica, Universidade de Sao Paulo - IQ/USP