Zu den wenigen Methoden, die sich für eine prozessnahe Charakterisierung von dispersen Stoffsystemen bezüglich der Partikelgrößenverteilung eignen, zählt die Schalldämpfungsspektroskopie. Dennoch ist ihr Einsatz in der industriellen Praxis auf einen überschaubaren Bereich an Messaufgaben und Stoffsystemen beschränkt. Insbesondere findet sie kaum Einsatz für die Partikelgrößenanalyse von submikronen Emulsionen. Die vorliegende Arbeit macht es sich deshalb zum Ziel, ausgehend von grundsätzlichen Überlegungen die Eignung der Schalldämpfungsspektroskopie zur prozessnahen Charakterisierung des Dispersitätszustandes von submikronen Emulsionen zu bewerten und zu verbessern. Schwerpunkte der Arbeit sind die modellhafte Beschreibung des Schalldämpfungsverhaltens von hoch konzentrierten Partikelsystemen im Submikrometerbereich, die Abschätzung des Einflusses von Emulgatoren auf die Schalldämpfung, die Erkennbarkeit von Einzelheiten der Partikelgrößenverteilung, die Sensitivität berechneter Partikelgrößenverteilungen bezüglich der Partikelkonzentration und der verschiedenen Stoffeigenschaften sowie die Auswertung von Schalldämpfungsspektren bei Unkenntnis dieser Modellparameter. Die angesprochenen Aspekte werden am Beispiel typischer Charakterisierungsaufgaben diskutiert. / The ultrasonic spectroscopy is one of few measurement methods applicable to the online characterization of disperse systems with regard to particle size distribution. However, its application in industrial practise is restricted to a rather low number of measurement tasks and material systems. In particular it is hardly used for the particle size analysis of submicron emulsions. This thesis therefore aims to the evaluation of the ultrasonic spectroscopy regarding its applicability to the online characterization of submicron emulsions. Main issues of the thesis are the modelling of sound attenuation in dense particle systems, the estimation on the influence that surfactant layers exert on sound attenuation, the resolution at which size distribution can be measured, the sensitivity of calculated size distributions to model parameters (particle concentration and material properties) and the analysis of measured attenuation spectra by unknown model parameters. The meanining of these issues are illustrated for typical characterization tasks.

In dieser Arbeit wird eine neue Methode und ein neuartiges FET -Sensorelement zum Nachweis von Flüssigkeitsbewegungen vorgestellt, das zudem bei Bedarf auch als Chemo- oder Biosensor fungieren kann. Das Einsatzspektrum von FET-basierten Sensoren in Lab on a Chip-Systemen wird dadurch entscheidend erweitert. Bei dem entwickelten FET-Sensor Bauelement handelt es sich um einen normally-on n-leitenden Dünnschichtfeldeffekttransistor mit Ti-Au-Kontakten, basierend auf Silicon-on-Insulator- Substraten, wobei das natürliche Oxid des Siliziumfilms als Schnittstelle zum Elektrolyten bzw. zur Flüssigkeit verwendet wird. Der mit 10exp16 Bor Atomen pro cm³ p-dotierte Siliziumdünnfilm hat eine Dicke von nur 55 nm und ist durch eine 95 nm dicke Siliziumdioxidschicht vom darunterliegenden Siliziumsubstrat von 600 µm Dicke elektrisch isoliert. Aufgrund der geringen Schichtdicke durchdringt die feldempfindliche Raumladungs- bzw. Verarmungszone die gesamte Dünnschicht, so dass durch Anlegen einer Backgatespannung am Substrat der spezifische Widerstand und die Empfindlichkeit des Bauelements eingestellt werden können. Grundlegende ISFET-Funktionalitäten wie die Empfindlichkeit auf Änderungen der Ionenstärke und des pH-Wertes werden nachgewiesen und ein ENFET-Glukosesensor realisiert. Zudem wird im Hinblick auf die Separation von Emulsionen der Nachweis erbracht, dass die Benetzung mit Hexan und Toluol eine Änderung der spezifischen Leitfähigkeit bewirkt, und die Empfindlichkeit des Bauelements nach Beschichtung mit einem hydrophoben Methacrylatcopolymerfilm erhalten bleibt. Hinsichtlich der Verwendung des FET-Sensor Bauelements zum Nachweis von Flüssigkeitsbewegungen wird zunächst ein theoretisches Modell entwickelt, dessen Kernaussage ist, dass sich in einem rechteckigen Kanal der relative Bedeckungsgrad mit Flüssigkeit direkt proportional zum Drainstrom des FET-Sensors verhält. Basierend auf diesem theoretischen Modell, welches experimentell belegt wird, können mittels eines einzelnen FET-Sensors Füllstand und Füllgeschwindigkeit bzw. bei bekannter Füllgeschwindigkeit Kapillarvolumen und Kapillargeometrie bestimmt werden. Abweichungen von der direkten Proportionalität erlauben zudem, Rückschlüsse auf die Benetzungseigenschaften der Kapillaren und die Dynamik an der Halbleitergrenzfläche zu ziehen. Ist ein Sensorelement vollständig mit Flüssigkeit bedeckt, wird mittels Lösungsmitteltropfen als Markerobjekten die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Ändert sich die Ionenkonzentration im Elektrolyten als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit, so kann die Strömungsgeschwindigkeit durch Messung der Ionenkonzentration mittels FET-Sensor ebenfalls ermittelt werden. Als wichtigster Demonstrator für die Verwendung des FET-Sensors wird ein komplexes Lab on a Chip-System zur Separation von Emulsionen auf chemisch strukturierten Oberflächen entwickelt, bei dem der Separationsvorgang mittels FET-Sensorarray verfolgt werden kann. Zur einfachen Herstellung chemisch modifizierter Oberflächen für die Separationsexperimente werden die Abscheidung von nanoskaligen hydrophoben Methacrylatcopolymerfilmen und die selektive Fluorsilanisierung von Oberflächen sowie deren Lösungsmittelbeständigkeit in Wasser, Toluol und Aceton untersucht. Dabei zeigt sich, dass die Hydrophobie nach Lösungsmittelbehandlung weitestgehend erhalten bleibt, Wasserrückstände im Methacrylatfilm aber zu einer reversiblen Schichtdegradation führen können. Als Modellsystem werden Hexan-Wasser- bzw. Toluol-Wasser-Emulsionen verwendet, die auf Oberflächen getrennt werden, deren eine Seite hydrophil, und deren andere Seite hydrophob ist (Stufengradient). Der Separationsprozess beruht auf der großen Affinität des Wassers hin zu polaren Oberflächen, wobei das wenig selektive Lösungsmittel zur unpolaren Seite gedrängt wird. Zur Erlangung eines tieferen Verständnisses des Prozesses werden die Tropfenkoaleszenz und der Einfluss geometrischer Beschränkungen untersucht. Die Versuche werden sowohl auf offenen Oberflächen als auch im Spalt, unter Verwendung von hydrophilen und hydrophoben Oberflächen, durchgeführt. Es zeigt sich, dass sich die Dynamik der Tropfenkoaleszenz im Spalt umgekehrt zur Dynamik auf offenen Oberflächen verhält. Dies wird mittels eines hierzu entwickelten theoretischen Modells erklärt, welches die Minimierung der Oberflächenenergie und Hystereseeffekte einbezieht. Das Lab on a Chip-System schließlich besteht aus einem mit Siliziumnitrid beschichteten FET-Sensorchip, auf den eine Separationszelle aufgeklebt ist. Neben dem Einlass für die Emulsion ist ein weiterer Einlass vorhanden, durch den Salzsäure für eine pH-Reaktion zugegeben werden kann. Der gesamte Separationsprozess sowie die anschließende pH-Reaktion, lassen sich bequem am PC anhand der Änderung der Stromstärke der einzelnen Sensoren verfolgen und analysieren. Wichtige Ergebnisse hier sind: 1) Mittels eines quasi 1-dimensionalen Sensorarrays kann der Verlauf einer Flüssigkeitsfront in einem 2-dimensionalen Areal überwacht bzw. dargestellt werden. 2) Anhand der Signatur des Signalverlaufs bei pH-Änderung und Flüssigkeitsbewegung, können beide Prozesse unterschieden werden. Der Sensor kann also zum Nachweis von Flüssigkeitsbewegungen und zugleich als Chemosensor eingesetzt werden. Es wurde also nicht nur ein neuartiges, äußerst robustes, chemikalienbeständiges und biokompatibles Multifunktionssensorelement mit Abmessungen im Mikrometer- bis Millimeterbereich entwickelt, sondern auch eine neue Methode entwickelt, mit der es möglich ist, sowohl (bio-)chemische Reaktionen als auch die Bewegung von Flüssigkeiten in Lab on a Chip-Systemen nachzuweisen.

Projektet bestod i att ge underlag för lämpliga och användbara lösningar för effektivisering av Kockums Maskins skärvätskehantering och kostnadsrelaterade faktorer gällande företagets skärvätska. En grundlig undersökning av lämpligt material inom projektets huvudsakliga område gjordes till en början för att därefter resultera i en vidare analys av företagets nuvarande system och hantering av skärvätskor. Utifrån denna analys påbörjades en vidare undersökning om möjliga förslag om förbättring gällande de berörda problemen. Genom direktkontakt med flertalet företag och personer inom hantering/inköp samt befintlig dokumentation gällande skärvätska, erhölls ett flertal lösningar och förbättringsförslag som senare utvärderades och användes vid framtagning av det sökta projektresultatet. Problematiken gällande valet av lösningar har att göra med det faktum att det krävs omfattande kompetens inom varje typ av lösningsgrupp för att uppfylla de krav och förhållanden som finns hos Kockums Maskin. Därmed har avgränsningar gjorts gällande direkta val av lösningar för att istället ge förslag på lämpliga lösningar gällande förbättring av kvalitet, som indirekt bör sänka den årliga kostnaden av skärvätska, utifrån Kockums Maskins egentliga behov. / The project was to provide the basis for appropriate and useful solutions for any eventually streamlining of Kockums Maskin's cutting fluid management. Cost-related factors regarding the company's cutting fluid are also included in this part. A detailed examination of suitable material within the project's main area were initially and subsequently result in a further analysis of the company's existing systems and management, regarding cutting fluids. Based on this analysis a further investigation on possible proposals was started for improvement regarding the issues involved with the solutions and the cutting fluids. Through direct contact with many companies and individuals in management/purchasing and existing documentation regarding cutting fluid, obtained a several solutions and suggestions for improvement regarding the searched area. This result was then later evaluated and used in the development of the project results. The problem regarding the choice of solutions has to do with the fact that it requires extensive expertise in every type of area to meet the requirements and conditions that Kockums Maskin demands. Thus, the boundaries claimed the election of solutions to instead provide suggestions for suitable solutions regarding the improvement of quality, which indirectly should lower the annual cost of cutting fluid, based on Kockums Maskin's actual needs.

Die vorliegende Arbeit beschreibt Herstellungsmöglichkeiten für sogenannte Saturn-Partikel. Es handelt sich dabei um Partikel, die auf ihrer Oberfläche drei Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Zwei Kappen mit gleichen Eigenschaften sind durch einen Gürtel getrennt, der sich stark von den Kappen unterscheidet. Im Speziellen geht es hier um die unterschiedliche Benetzbarkeit der Bereiche. Die Herstellung von Saturn-Partikeln mit einem hohen Benetzungskontrast wurde auf zwei verschiedenen Wegen realisiert. Als Ausgangspunkt dienten Mikroglaskugeln, die zunächst zur Hydrophobierung ihrer Oberfläche mit einem Silan behandelt wurden. Eine Art der Saturn-Partikel wurde durch das Ätzen eines Gürtels rund um die Partikel mit Flusssäure in einer im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Spülzelle erzeugt. Auf diese Weise konnten Partikel mit zwei hydrophoben Kappen und einem hydrophilen Gürtel erhalten werden. Eine weitere Art dieser Partikel wurde durch das Abschleifen der Partikelkappen nach vorheriger Einbettung in Polymerfilme erhalten, wodurch die hydrophobe Beschichtung abgetragen und das ursprünglich hydrophile Glas freigelegt wurde. Die so erhaltenen Partikel wiesen zwei parallele, hydrophile Bereiche auf, die durch einen hydrophoben Gürtel voneinander getrennt waren. Es wird gezeigt, dass Saturn-Partikel in Systemen mit Wasser und Öl beim Mischen von unterschiedlichen Anteilen der drei Phasen durch Selbstorganisationsprozesse verschiedene Strukturen wie Ketten oder Schichten ausbilden können. Des Weiteren sind sie in der Lage in einem System mit Wasser und Luft besondere Schäume auszubilden, die eine sehr hohe Stabilität aufweisen. Die Partikel stabilisieren darin Flüssigkeitsfilme zwischen den Luftblasen, wobei der hydrophile Gürtel im Wasserfilm und die hydrophoben Kappen in der Luft liegen.

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Les émulsions représentent une large gamme de produits alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques. Pour assurer leur stabilité, une interface chargée de tensioactif est nécessaire. Cette interface constitue une barrière contre la coalescence mais gène la libération des principes actifs encapsulés. Dans cette thèse, une nouvelle méthode d’émulsification est développée. Elle consiste à utiliser des ultrasons à hautes fréquences (UHF) (1,7MHz) qui permettent d’avoir des émulsions stables sans émulsifiants tout en évitant les effets mécaniques violents de la cavitation acoustique présente aux basses fréquences. L’étude des répartitions granulométriques a montré une diminution significative de la taille des gouttelettes d’huile au cours du temps de traitement par ultrasons de hautes fréquences. Le suivi du pH des émulsions montre une forte diminution et une charge de surface importante des gouttelettes est enregistrée ce qui montre une accumulation d’ions OH- à l’interface l'huile/eau conduisant à la stabilité des gouttelettes dans l'émulsion. La conductivité des émulsions diminue durant l’émulsification traduisant une baisse de la quantité d’ions en solution, ce qui indique la formation de la couche contre ions (charge positive) autour de la structure des OH-. Les résultats montrent une stabilisation électrostatique des émulsions obtenue par la formation d’une double couche ionique autour des gouttelettes d’huile. Contrairement aux procédés d’émulsification standard, les émulsions faites par ce procédé montrent une stabilité de 30 jours à 37°C. L’utilisation des émulsions sans émulsifiant faites par UHF pour la vectorisation de CoQ10 montre une prolifération cellulaire plus élevée que dans le cas des émulsions avec émulsifiant. Une étude approfondie des émulsions sans émulsifiant par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et par résonance magnétique nucléaire (RMN) a été réalisée et comparée à des émulsions contenant un ou plusieurs émulsifiants. L’étude SAXS montre clairement l’absence de micelles de tensioactifs pour les émulsions sans émulsifiants et les résultats de la RMN montrent l’absence de la signature des tensioactifs et des phospholipides dans les émulsions faites par ultrasons de hautes fréquences. Par ailleurs, la RMN montre l’absence d’interaction entre des différents constituants de l’émulsion et aussi l’absence de structure néoformées / Emulsions are systems containing two immiscible liquids, one dispersed as droplets (dispersed phase) throughout the other (continuous phase). When emulsifier is added, it may interact with the other formulations compounds creating new emulsion properties. Therefore, it becomes difficult to study the role of oil phase alone on emulsion properties. In this thesis, emulsifier free emulsion was developed with high frequency ultrasounds (HFU) generated by piezoelectric ceramic transducer vibrating at 1.7 MHz. pH measurement showed significant decrease and negative electrophoretic mobility showed the accumulation of OH- at oil/water interface leading to droplets stability in the emulsion. Emulsions conductivity showed a decrease of the ions quantity in solution, which indicated formation of positive charge layer around OH- structure. They constituted a double ionic layer around oil particles providing emulsion stability. This study showed a strong correlation between turbidity measurement and proportion of emulsified oil. Unlike standard emulsification methods, emulsions made this process demonstrates stability for 30 days at 37 °C. The use of emulsions without emulsifier made by HFU for vectoring CoQ10 shows a higher cell proliferation in the case of emulsion without emulsifier. A study of emulsions without emulsifer by small angle X-ray scattering (SAXS) and nuclear magnetic resonance (1H NMR) was performed and compared to emulsions containing emulsifiers. NMR analysis showed no interactions between different compounds and the HFU manufacturing process did not cause chemical degradation or neoformed compounds. SAXS showed a thin interface between two phases with different electronic density (water/oil) for emulsions with and without emulsifiers. For emulsion with emulsifiers SAXS showed surfactant micelles diffusion signal which doesn’t appear in the emulsion without emulsifiers

Microemulsions (MEs) are dispersed systems, thermodynamically stable, isotropic, transparent, and stabilized by an interfacial film of surfactant compounds. In this study were obtained MEs from differents co - surfactant (ethanol - ET, isopropanol-ISO and propylene glycol - PG), Citrus sinensis (L.) Osbeck essential oil (CSEO), Tween 80 ® and phosphate buffer (pH 5.0). The co - surfactants were selected because they are tolerated by the skin. Therefore, the aim of the study was to evaluate the influence of co - surfactants in the formation of MEs containing Tween 80, CSEO and evaluate the influence of nifedipine (NFD) in the structure of systems formed. The MEs were obtained by constructing diagrams of pseudo-ternary phase in order to evaluate the influence of co-surfactant in the formation of MEs. The structural characterization of these systems was obtained by Polarized Light Microscopy (MLP), test electrical conductivity and Small angle X-ray scattering (SAXS). In each diagram, two formulations were selected, which was the criterion sense phase, in the O / A and bicontinuous, in which the NFD is incorporated. The formulations were evaluated by the techniques mentioned, to observe the influence of NFD and characterized by pH, droplet size, polydispersity index (PDI), surface tension and rheology. Interaction studies with model stratum corneum (SC) were performed using the techniques of differential scanning calorimetry (DSC) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). In the diagrams showed the greatest formation region of the MEs to the ISO (above 40 % T / Cot) instead of the co- surfactants ET and PG. When assessing the electrical conductivity has been observed that increasing the aqueous fraction resulted in an increase in conductivity. The SAXS curves demonstrated that all systems are characteristic of micellar structures and as the water content was added, it was observed the formation of larger structures. Therefore, from the results obtained, the NFD has been incorporated in the formulations selected. The MEs presented as stable systems, isotropic, translucent droplet size between 16 and 34 nm, PDI below 0.5 and pH in the range of 5.64 to 6.7, compatible with the skin and pH stability of the NFD. In conductivity tests for each co - surfactant, the MEs were classified as bicontinuous and O / A. The MEs exhibited reduced surface tension and the formulations containing ISO submitted a surface tension value (24,764 mN / m) lower than the other co - surfactants (ET - 29.512 mN/m PG - 31.784 mN/m), confirmed by the evaluation of the droplet diameter and obtaining the phase diagram. The MEs exhibited Newtonian behavior, with consistency indices (k) higher in formulations with higher proportions of T / Cot, result corroborated the structures observed by SAXS. The DSC and FTIR techniques have demonstrated the use of the MEs as permeation promoters, provided from interactions with SC model. Therefore, the diagrams have elucidated the effect of co- surfactant in the formation of MEs and the same interference suffered no NFD, suggesting their use as permeation enhancers on the skin on application. / As microemulsões (MEs) são sistemas dispersos, termodinamicamente estáveis, isotrópicos, transparentes, estabilizados por um filme interfacial de compostos tensoativos. Neste trabalho foram obtidas MEs a partir de diferentes co-tensoativos (etanol-ET, isopropanol-ISO e propilenoglicol-PG), óleo essencial de Citrus sinensis (L.) Osbeck (OECS), Tween 80® e tampão fosfato (pH 5.0). Os co-tensoativos foram selecionados por serem toleráveis pela pele. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência dos co-tensoativos na formação de MEs contendo Tween 80, OECS bem como avaliar a influência da nifedipina (NFD) na estrutura dos sistemas formados. As MEs foram obtidas pela construção de diagramas de fase pseudoternário com o propósito de avaliar a influência do co-tensoativo na zona de formação das MEs. A caracterização estrutural desses sistemas foi realizada por Microscopia de Luz Polarizada (MLP), ensaios de condutividade elétrica e espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS). De cada diagrama, foram selecionadas duas formulações, cujo critério foi o sentido de fases, na região de óleo-água (O/A) e bicontínuas, nas quais a NFD foi incorporada. As formulações foram reavaliadas pelas técnicas citadas, a fim de observar a influência da NFD, além de caracterizadas por pH, tamanho de gotícula, índice de polidispersividade (IPD), tensão superficial e reologia. Estudos de interação com modelo de estrato córneo (EC) foram realizados através das técnicas de Calorimetria exploratória diferencial (DSC) e Espectroscopia na região de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Nos diagramas foi observada uma maior região de formação das MEs para o ISO (acima de 40% de T/Cot) ao contrário dos co-tensoativos ET e PG. Ao avaliar a condutividade elétrica foi observado que o aumento da fração aquosa proporcionou um aumento na condutividade. As curvas de SAXS demonstraram que todos os sistemas foram característicos de estruturas micelares e à medida que o conteúdo aquoso foi adicionado, observou-se a formação de estruturas com maiores dimensões. Logo, a partir dos resultados obtidos, a NFD foi incorporada nas formulações selecionadas. As MEs apresentaram-se como sistemas estáveis, isotrópicos, translúcidos, tamanho de gotículas entre 16 e 34 nm, IPD abaixo de 0,5 e pH na faixa de 5,64 a 6,07, compatíveis com a pele e pH de estabilidade da NFD. Nos ensaios de condutividade para cada co-tensoativo, as MEs foram classificadas como bicontínuas e O/A. As MEs apresentaram redução da tensão superficial, sendo que as formulações contendo ISO apresentaram um valor de tensão (24,764 mN/m) inferior aos demais co-tensoativos (ET- 29,512 mN/m e PG- 31,784 mN/m), confirmado pela avaliação do diâmetro de gotas e obtenção do diagrama de fases. As MEs apresentaram comportamento newtoniano, com os índices de consistência (k) maiores nas formulações com proporções mais elevadas de T/Cot, resultado que corroborou com as estruturas observadas por SAXS. As técnicas de DSC e FTIR demonstraram a utilização das MEs como promotores de permeação, a partir das interações proporcionadas com modelo de EC. Logo, os diagramas elucidaram a influência do co-tensoativo na área de formação de MEs e os mesmos não sofreram interferência da NFD, sugerindo a sua utilização como promotores de permeação em aplicação sobre a pele.

L’objectif de ce travail fut de développer et d’appliquer des technologies avancées de mélange et d’émulsification pour la préparation de nanovecteurs de morphologies complexes potentiellement utilisables en tant que produits pharmaceutiques. Premièrement, un procédé de nanoprécipitation assisté par micromélangeur fut utilisé pour obtenir et contrôler la taille de nanoparticules de PMMA chargées en Kétoprofène (100-200 nm). Combiné avec un appareil de séchage par pulvérisation, des nanoparticules sèches purent être obtenues dont les propriétés physico-chimiques furent proches de celles des particules non séchées. Ce microprocédé de nanoprécipitation permit également d’encapsuler des nanoparticules d’oxyde de fer (6 nm) dans des nanoparticules de PMMA de 200 nm avec une fraction massique de 60%. Pour augmenter la fraction solide de ces nanosuspensions et obtenir des particules sphériques de tailles plus petites (100 nm), une méthode de nanoémulsification basée sur un fort écoulement élongationnel fut employée. Deuxièmement, des émulsions et nanohydrogels doubles encapsulant un médicament hydrophile modèle dans leur cœur aqueux furent obtenus par couplage d’un microfluidiseur commercial pour l’obtention de l’émulsion primaire et d’une méthode d’émulsification basse énergie (émulsification spontanée) pour la double émulsification. La taille des nanovecteurs doubles a pu être variée grâce au rapport massique surfactant/huile (SOR) dans la gamme 80-80 nm. La colocation de deux sondes fluorescentes, placées dans le cœur et dans l’écorce, a pu être confirmée par microscopie confocale en fluorescence. La méthode d’émulsification spontanée fut également employée pour produire des nanolipogels (60 nm) chargées ou non de nanoparticules d’oxyde de fer et d’or (6 nm). / The aim of this work was to develop and apply advanced technologies in mixing and emulsification for the preparation of morphologically-complex nanocarriers for potential uses in pharmaceutics. Firstly, a micromixer- assisted nanoprecipitation process was used to get and to easily tune the size of Ketoprofen-loaded PMMA nanoparticles (100-200 nm). Combined with a commercial spray dryer, dry-state drug-loaded polymeric nanoparticles (NPs), which main physicochemical properties were close to those of non spray-dried NPs, were successfully produced. This nanoprecipitation microprocess also allowed encapsulating 6 nm iron oxide NPs into 200 nm PMMA nanoparticles with a weight ratio of 60%. To increase the solid content of the above nanosuspension and get spherical polymeric NPs of smaller sizes (100 nm), an elongational-flow nanoemulsification method was used. Secondly, double nanoemulsions/nanohydrogels encapsulating a hydrophilic model drug in the aqueous core droplets/hydrogel were obtained by the combination of a commercial microfluidizer for the primary emulsion and a low energy emulsification method (spontaneous emulsification) for the double emulsification. The size of the double nanocarriers was varied by means of the surfactant to oil ratio (SOR) in the range 80 to 180 nm. Colocation of two fluorescent probes located in the core and in the shell was confirmed by fluorescence confocal microscopy. The spontaneous emulsification method was also employed to produce nanolipogels whose size could be tuned down to 60 nm. These nanolipogels were also loaded with iron oxide nanoparticles (6 nm) or gold nanoparticles (6 nm).

Ce travail de thèse porte sur l'étalement de fluides complexes. Il met en évidence la riche phénoménologie d'un acte simple : celui d'étaler avec un racloir (rigide ou souple) une émulsion ou une solution de polymères sur un substrat. Pour chacun des fluides modèles étudiés, nous nous sommes focalisés expérimentalement sur l'observation de l'écoulement au cours de l'entraînement de la solution. Dans des conditions données d'étalement, il apparaît qu'une émulsion o/w peut s'inverser via plusieurs mécanismes de déstabilisation, ou encore, dans le cas d'une solution de polymères, exhiber une instabilité de sa ligne de contact, donnant naissance à des filaments de tailles et de longueurs d'ondes spécifiques. Nous montrons que les différents paramètres d'étalement, comme par exemple la hauteur du racloir, la vitesse d'étalement, les propriétés du substrat ou encore la rhéologie des solutions, doivent être pris en compte pour construire des diagrammes de phase d'étalement séparant les domaines d'existence des instabilités observées (régime de recouvrement partiel), des domaines où la solution transite vers le recouvrement total du substrat. D'autre part, nous tirons l'avantage de ces instabilités pour nous permettre de déposer de façon contrôlée des structures variées, offrant d'intéressantes perspectives en termes d'applications. / This study shows the rich phenomenology of a simple act : spreading complex solutions such as emulsion and polymer solution on a plate, by using a rigid and flexible blade respectively. Here, we experimentally study the flow of the solution over the course of its spreading. During the spreading and in certain conditions, different phenomena occur, namely, emulsion inversion in the case of o/w emulsion or a contact line instability in the case of the polymer solution, which gives rise to the formation of polymer filaments with a well-defined wavelength and characteristic sizes. We showed, thanks to spreading phase diagrams, that the the existence of the instability (partial wetting regime) is separated to a domain where the solution cover the substrate. Spreading parameters such as the height of the scraper, spreading velocity or properties of the fluids turns out to be crucial. Finally, we take advantage of the instabilities to print a variety of interesting patterns for further applications.

Zu den wenigen Methoden, die sich für eine prozessnahe Charakterisierung von dispersen Stoffsystemen bezüglich der Partikelgrößenverteilung eignen, zählt die Schalldämpfungsspektroskopie. Dennoch ist ihr Einsatz in der industriellen Praxis auf einen überschaubaren Bereich an Messaufgaben und Stoffsystemen beschränkt. Insbesondere findet sie kaum Einsatz für die Partikelgrößenanalyse von submikronen Emulsionen. Die vorliegende Arbeit macht es sich deshalb zum Ziel, ausgehend von grundsätzlichen Überlegungen die Eignung der Schalldämpfungsspektroskopie zur prozessnahen Charakterisierung des Dispersitätszustandes von submikronen Emulsionen zu bewerten und zu verbessern. Schwerpunkte der Arbeit sind die modellhafte Beschreibung des Schalldämpfungsverhaltens von hoch konzentrierten Partikelsystemen im Submikrometerbereich, die Abschätzung des Einflusses von Emulgatoren auf die Schalldämpfung, die Erkennbarkeit von Einzelheiten der Partikelgrößenverteilung, die Sensitivität berechneter Partikelgrößenverteilungen bezüglich der Partikelkonzentration und der verschiedenen Stoffeigenschaften sowie die Auswertung von Schalldämpfungsspektren bei Unkenntnis dieser Modellparameter. Die angesprochenen Aspekte werden am Beispiel typischer Charakterisierungsaufgaben diskutiert. / The ultrasonic spectroscopy is one of few measurement methods applicable to the online characterization of disperse systems with regard to particle size distribution. However, its application in industrial practise is restricted to a rather low number of measurement tasks and material systems. In particular it is hardly used for the particle size analysis of submicron emulsions. This thesis therefore aims to the evaluation of the ultrasonic spectroscopy regarding its applicability to the online characterization of submicron emulsions. Main issues of the thesis are the modelling of sound attenuation in dense particle systems, the estimation on the influence that surfactant layers exert on sound attenuation, the resolution at which size distribution can be measured, the sensitivity of calculated size distributions to model parameters (particle concentration and material properties) and the analysis of measured attenuation spectra by unknown model parameters. The meanining of these issues are illustrated for typical characterization tasks.