Des microorganismes produisant des molécules tensioactives ont été isolés à partir d’échantillons de sols contaminés par des huiles, en provenance des provinces de Songkhla et Chiangmai (Thaïlande) et de Shianghai (Chine). Les différentes souches ont été sélectionnées de façon à obtenir les biosurfactants ayant les meilleures propriétés tensioactives et d’émulsification. Parmi 102 souches isolées, 6 microorganismes produisaient des biosurfactants. La souche SK80 a conduit aux meilleures propriétés tensioactives. Des observations morphologiques macroscopiques et microscopiques ont permis de caractériser la souche SK80. L’analyse de la séquence ARNr 28S indique que cette souche appartient à la famille Exophiala Dermatitidis. La composition du milieu de culture (source de carbone et d’azote) et les conditions de culture de ce microorganisme ont été adaptées de façon à obtenir des quantités importantes de biosurfactant. Des analyses spectroscopiques (RMN 1H, RMN 13C, COSY et de masse, APCI MS) ont révélé que ce biosurfactant était un monooléate de glycérol. La monomyristine a été choisie comme constituent synthétique modèle dans des études d’encapsulation. Deux méthodes de préparation, émulsion/évaporation de solvant, nanoprécipitation, ont été employées pour encapsuler la monomyristine dans des nanoparticules recouvertes de dextrane et dont le cœur était constitué de poly(acide lactique) ou de dextrane hydrophobisé. Les conditions d’encapsulation ont été variées afin de maximiser le rendement d’encapsulation et la stabilité colloïdale des particules / Biosurfactant producing microorganisms were isolated from oil contaminated soils collected from Songkhla and Chiangmai province, Thailand and Shianghai, China. Their culture broths were screened for obtaining biosurfactants with the highest surface activity and emulsification ability. Among 102 isolates, 6 microorganisms produced biosurfactants. The culture supernatant of SK80 strain exhibited the highest surface activity. SK80 was identified by macroscopic morphology, microscopic morphology and showed that it is a black mold. The 28S rRNA sequence homology analysis suggested that SK80 belongs to Exophiala dermatitidis. The composition of culture medium such as carbon source, nitrogen source, and culture condition of this microorganism was optimized to obtain high amounts of biosurfactant. 1H NMR, 13C NMR, COSY and Mass Spectrometer (APCI MS) results indicated that this biosurfactant was monoolein (oleoyl glycerol), a kind of monoacylglycerol. Monomyristin was chosen as a monoacylglycerol model to be synthesized and used as nanoparticle encapsulated drug. Two preparation methods, emulsion/solvent evaporation and nanoprecipitation, were used to encapsulate monomyristin in dextran-covered nanoparticles with poly(lactic acid) of hydrophobized dextran as the core material. Encapsulation conditions were optimized with regard to the yield encapsulation and the colloidal stability

Ce travail de thèse a pour objectif une meilleure connaissance des formulations filmogènes développées par les Laboratoires URGO. Deux aspects ont été développés.Il a tout d’abord été recherché un système d’encapsulation afin de protéger des molécules d’intérêt dans des solutions filmogènes. Des polymersomes en phase aqueuses et en phase organique ont été développés à base de copolymères amphiphiles m-PEG-PCL synthétisés et caractérisés au laboratoire. Ces auto-assemblages des copolymères possèdent des tailles variables (40 nm à 800 nm) avec une membrane en bicouche. Leur caractérisation a été réalisée en phase aqueuse et organique par différentes techniques : DLS, NTA, microscopie biphotonique et AFM. Puis des techniques de caractérisation ont été mises au point pour évaluer une formulation filmogène à base de nitrocellulose contenant de l’urée libre ou encapsulée dans des polymersomes. Cette formulation a été suivie au cours d’essais de stabilité à 25°C et à 40°C pendant 6 mois. Il a été observé une chute de viscosité, surtout à 40°C, attribuée à une coupure des chaînes macromoléculaires de la nitrocellulose (par CES). Les films formés ont un module de Young stable dans le temps avec apparition d’un jaunissement (paramètre b en colorimétrie). La quantité d’urée reste stable dans le temps mais elle accélère les phénomènes de vieillissement. Le jaunissement est dû à la décomposition de l’huile de ricin. L’encapsulation de l’urée au sein des polymersomes n’a pas amélioré la stabilité de la formulation prouvant ainsi le rôle catalyseur de l’urée. / This work aims at a better understanding of film-forming formulations developed by Laboratoires Urgo. Two parts have been developed. First, an encapsulation system to protect a model drug in film forming solutions was investigated. Polymersomes in aqueous and organic media have been developed based on amphiphilic copolymers m-PEG-PCL which were synthesized and characterized in the laboratory. Auto-assemblies of copolymers display variable sizes (40 nm to 800 nm) with a bilayer membrane. Their characterization was carried out in aqueous and organic phase by various techniques: DLS, NTA, bi-photonic microscopy and AFM. In a second part, characterization techniques have been developed to assess a film forming solution based on nitrocellulose, containing free or encapsulated urea in polymersomes. This formulation was investigated during stability studies at 25°C and 40°C up to 6 months. A drop in viscosity was observed, especially at 40°C, due to cleavage of the macromolecular chains of nitrocellulose (SEC). The formed films have a stable Young's modulus over time with an appearance of yellowing (parameter b in colorimetry). The urea quantity remains stable in time, but accelerates the aging of the solution. Yellowing is caused by the decomposition of castor oil. The encapsulation of the urea within polymersomes did not improve the stability of the formulation thus proving the catalytic role of urea.

Le travail réalisé au cours de cette thèse est le fruit d’une collaboration étroite entre une équipe de l’Université du MAINE et la société ASHLAND qui est spécialisée dans la synthèse de polymères.Le sujet de cette thèse concerne la synthèse d’un polymère biomimétique de la gélatine afin de l’engager dans un procédé de coacervation complexe permettant l’encapsulation de principes actif ou de colorants.La micro-encapsulation est une méthode permettant d’envelopper de petites particules individuelles ou de gouttelettes dans une couche protectrice de polymères. Largement utilisée en pharmacie, agroalimentaire, cosmétique, les biotechnologies, le phénomène d’encapsulation nécessite la protection des matières et de contrôler la libération de l’actif.Parmi les nombreux procédés d’encapsulation existant, nous nous sommes particulièrement orientés vers une méthodologie de coacervation complexe.Cette dernière est basée sur la complexation entre deux polyélectrolytes de charges opposées. Ainsi, cette technique requiert un polymère anionique et un polymère cationique qui interagissent ensemble (interactions électrostatiques, liaisons hydrogène…) pour former des coacervats.Un des systèmes les plus utilisés de la coacervation complexe est le système gomme d’acacia avec la gélatine en raison de leur abondance et de leur biodégradabilité. Cependant, à cause de son origine animale, l’objectif du travail a consisté à remplacer la gélatine dans le processus d’encapsulation. Pour ce faire, nous avons synthétisé plusieurs polymères spécifiques à partir de différents monomères méthacryliques / méthacrylamides permettant la coacervation et ensuite la réticulation des coacervats formées. Dans un premier temps, nous avons créé une approche permettant de déterminer les conditions optimales de formation des coacervats (le pH d’encapsulation, le ratio de polymère, la force ionique) par potentiel zêta, mesure de la turbidité et par spectroscopie infra-rouge. Par la suite, des essais d’encapsulation avec plusieurs polymères anioniques ont permis de confirmer que la méthodologie établie précédemment était adéquate. Ensuite, un test de réticulation a été réalisé à l’aide d’agents de réticulation afin de rigidifier les parois des coacervats. Enfin, des analyses de force de rupture et de stabilité dans des détergents standards ont été réalisées afin de valider l’application de ces capsules en cosmétique. / The work realized during the last three years CIFRE PhD program consist in a collaborative research between a polymer team of the University of LE MANS and ASHLAND company which the first goal is the synthesis of polymers.The aim of this thesis is the synthesis of biomimetic polymers of the gelatin which were further engaged in the process of encapsulation by complex coacervation.Micro-encapsulation is an effective method of wrapping small individual particles or droplets in polymers protective coating widely used in the fields of food, pharmaceutics, cosmetics, pesticides, biotechnologies. The encapsulation phenomenon target is to protect functional materials and control its release. Among many existing processes, we particularly focused our attention on complex coacervation to produce microcapsules. Complex coacervation is a methodology based on the complexation between two oppositely charged polymers as polyelectrolyte. Thus, this technique requires one anionic and one cationic polymer which are capable to interact together (through electrostatic attractions, hydrogen bond) to form coacervats. One of the most used systems for complex coacervation is the gelatin / acacia gum system. These two natural polymers are widely used as wall material for the capsules due to their abundance and biodegradability. However, gelatin polymer needs to be replaced in the encapsulation process due to its animal origin. In order to substitute gelatin by synthetic polymers in the complex coacervation process, we synthesized several polymers from various monomers authorizing coacervation and further crosslinking. Firstly, we stetted up an approach allowing the evaluation of the optimal conditions of coacervation (pH, ratio, ionic strength) by zetâ potential, and infra-red analysis.Furthermore, encapsulation tests with several anionic polymers were performed which tended to confirm that the methodology was appropriate. Moreover, a test of crosslinking was successfully realized using crosslinkers in order to rigidify coacervats walls. Finally, break strength analysis and the stability in surfactants were conducted to validate the process for cosmetic applications.

Les nanoparticules de polymère (NP) sont une technologie prometteuse pour la libération contrôlée d’actifs . Elles permettent de protéger les drogues et de les délivrer de façon continue. Toutefois pour que cette technologie devienne mature, il est nécessaire de mieux contrôler la synthèse de ces objets. Afin d'atteindre cet objectif, cette thèse propose deux nouvelles méthodes de synthèse basée sur les technologies microfluidiques. Ces méthodes permettent d’encapsuler des drogues hydrophiles et hydrophobes et permettent d’atteindre des taux d’encapsulation supérieurs à ceux mesurés dans la littérature (80% avec une masse de 20% de drogue). Ces approches ont été appliquées à l'encapsulation de l'oxyde de fer. / Polymeric nanoparticle (NP) drug carriers present a promising technology for controlled releasesince they are capable of improving the encapsulation efficiency and stability of the drugs inside theNPs and also able to provide effective drug levels over a longer period of time, compared totraditional therapy. However, before the NP drug delivery technology becomes a reality, importantparameters of NPs like size, drug loading ability and sustained release kinetics must be wellinvestigated and optimized in order to minimize the adverse effects of chemotherapeutic compoundsand prolong the drug releasing profile in a controlled manner.In order to accomplish this objective, this thesis proposed two novel methods for synthesis of NPs asdrug delivery carriers, with assistance from bulk and microfluidic technologies, for hydrophobic andhydrophilic drugs, individually.Encapsulation efficiency as high as 80% is reached with a mass loading of 20%. We extend ourapproaches to the encapsulation of iron oxide

Cette thèse a pour objectif de comprendre les mécanismes physiques régissant la formation de capsules submillimétriques à coeur aqueux possédant une membrane fine d'hydrogel et ainsi de mieux maitriser ce procédé. Des bigouttes sont d'abord formées dans l'air par fragmentation d'un jet cylindrique composé d'un coeur aqueux enveloppé par une solution d'alginate. La coque est ensuite gélifiée après immersion dans une solution de calcium. L'étude du co-Écoulement au sein de l'injecteur a montré l'existence d'une instabilité élastique qui est amplifiée en présence de cations, du fait du caractère polyélectrolyte de l'alginate. Nous avons montré que cette instabilité était à l'origine d'un battement du jet composé en sortie d'extrusion. En provoquant un décentrage du coeur, l'instabilité induit une relaxation asymétrique du profil de vitesse, ce qui crée un couple qui courbe le jet. Nous avons mis en évidence cet effet en produisant des jets courbés à partir d'une pointe biseautée. La fragmentation du jet est ensuite contrôlée par une perturbation harmonique des débits d'injection. Nous observons une décroissance de la vitesse d'onde à la surface du jet pilotée par la tension de surface. La viscosité élevée des solutions d'alginate entraine une amplification de fluctuations de cette vitesse donnant lieu à des coalescences au sein du jet. L'ajout de tensioactifs peut exacerber cet effet en induisant une tension de surface dynamique à la surface du jet. Finalement, nous parvenons à produire des capsules submillimétriques de taille contrôlée, monodisperses, possédant une membrane fine, avec un taux d'encapsulation supérieur à 99%. Ces capsules trouvent des applications dans le domaine des biotechnologies comme nouvel outil pour la culture cellulaire. / The purpose of this work is to understand physical mechanisms that control the formation of aqueous-Core submillimetric capsules with a thin hydrogel membrane. This comprehension will allow a better control of the process. Compound drops are first formed in the air by the break-Up of a cylindrical jet composed of an aqueous core surrounded by an alginate solution. The shell is then solidified after immersion in a gelling calcium solution. The study of the co-Flow inside the injector showed the existence of an elastic instability which is amplified in the presence of cations, due to the polyelectrolyte property of alginate. We showed that this instability causes the flapping of the compound jet out of the injector. The instability induces a displacement of the core fluid position which leads to an asymmetric velocity relaxation that creates a torque and finally bends the jet. We produced curved jets with a beveled capillary to demonstrate this effect. The jet break-Up is controlled by a harmonic perturbation of the injection flow rates. We measured a decrease of the wave speed on the jet surface which is controlled by the surface tension. The alginate solution high viscosity causes an amplification of speed fluctuations that induces coalescence inside the jet. This amplification is enhanced by the addition of surfactants which create a dynamic surface tension at the jet interface. Finally, we managed to produce submillimetric and monodisperse capsules with a thin membrane, an encapsulation yield above 99% and a size that we can tune. These capsules can be used in biotechnology applications as a new tool for cell culture.

Depuis plusieurs années, notre équipe de recherche s'intéresse au développement de nouvelles familles de dendrimères utilisant des dérivés bio sourcés (pentoses, glycérol ou dérivés correspondants) dont la valorisation est un sujet de recherche d'intérêt de notre région. Ainsi, certains glyco- ou glycérodendrimères dérivés de PPIs (polypropylène imines) ont déjà été obtenus et valorisés dans plusieurs domaines. Cette thèse présente la synthèse et la caractérisation de nouveaux dendrimères dérivés du glycérol. Leur efficacité dans des processus catalytiques et d'encapsulation de molécules d'intérêt a également été démontrée.Dans un premier temps, deux nouvelles familles de dendrimères directement constitués de glycérol en tant que brique élémentaire ont été synthétisées : l'une via des réactions de « click chemistry » pour obtenir des glycéroclickdendrimères, et l'autre via des réactions successives d'allylation et d'oxydation pour obtenir des glycéroladendrimères.Dans un second temps, la fonctionnalisation de dendrimères PAMAMs par du carbonate de glycérol a été effectuée par synthèse « classique » ou assistée par micro-ondes. L'efficacité de ces glycérodendrimères ainsi obtenus (en comparaison avec des glycérodendrimères dérivés de PPIs) a été évaluée : tout d'abord, pour la stabilisation de nanoparticules de platine utilisées en catalyse d'hydrogénation de cétones α,β-insaturées en milieu aqueux, puis, pour l'encapsulation de molécules organiques d'intérêt. Pour finir, une première approche de dynamique moléculaire a été réalisée afin de déterminer les propriétés structurales de deux glycérodendrimères issus de la réaction de couplage entre le carbonate de glycérol et un PAMAM ou un PPI. / Since a few years, our team is interested in developing dendrimers using different biosourced derivatives (pentoses, glycerol or derivatives) whose valuation is a prime research topic within our region. Some glyco- or glycerodendrimers derivate from PPIs (polypropylenimines) were already obtained and valued in several domains. This thesis presents the synthesis and the characterization of new glycerol-based dendrimers. Their efficiency in catalytic processes or for the encapsulation of molecules of interest was also demonstrated. First, two new families of dendrimers directly constituted of glycerol as building block, were synthesized: one via click chemistry reactions to obtain glyceroclickdendrimers, and the other, via successive reactions of allylation and oxidation to obtain glyceroladendrimers. Secondly, the functionalization of PAMAM's dendrimers with glycerol carbonate was carried out either by “classical” or microwave assisted synthesis. The efficiency of these glycerodendrimers (in comparison with PPI-based glycerodendrimers) was evaluated: firstly, for the stabilization of platinum nanoparticles used for the catalysis of hydrogenation of α,β-unsaturated ketones in aqueous media, and then, for the encapsulation of organic molecules of interest. Finally, a first molecular dynamics approach was realized to determine the structural properties of two glycerodendrimers from the coupling reaction between the glycerol carbonate and PAMAM or PPI.

L’objectif poursuivi au cours de ce travail est l’encapsulation de complexes métalliques au sein de nanoparticules biocompatibles, et ce pour des visées diagnostiques. Dans ce but, un protocole de double émulsion-diffusion de solvant Wi/O/We, n’utilisant que des composés biocompatibles, a été mis au point et optimisé pour obtenir, de façon quantitative et reproductible, des nanoparticules de PLGA de diamètre compatible avec une injection par voie parentérale. Cette formulation a été employée avec succès pour l’encapsulation de complexes modèles de Cu(II). Les formulations optimales permettent d’obtenir des nanoparticules possédant des diamètres hydrodynamiques moyens inférieurs à 200 nm avec des efficacités d’encapsulation entre 20 et 25 %. L’utilisation de cette formulation pour l’encapsulation de chélates de gadolinium ne permet pas d’obtenir des rendements d’encapsulation satisfaisants. La modification du protocole vers une méthodologie Wi/O1/O2ne permet pas d’améliorer l’encapsulation et dénote l’absence d’affinités entre le polymère hydrophobe et les complexes hydrophiles. L’utilisation de nanoparticules composées d’une matrice hydrophile permet d’obtenir des taux de charges nettement supérieurs. Ceci conforte l’hypothèse selon laquelle les interactions entre le complexe et la matrice des nanoparticules jouent un rôle crucial pour l’encapsulation. / The goal of this work was to encapsulate metal complexes into biocompatible nanoparticles for diagnostics. To reach this purpose, a double emulsion-solvent diffusion Wi/O/We technique was optimized, using only biocompatible compounds. It allowed the obtention of PLGA nanoparticles that are compatible with parenteral injections in a reproducible and quantitative way. This formulation was successfully applied to encapsulate model Cu(II)complexes. Optimal formulations showed mean diameters below 200 nm with encapsulation yields in the 20-25 % range. The use of this formulation for gadolinium chelates did not lead to satisfactory encapsulation yields. Thereafter, a Wi/O1/O2 methodology was developed but could not allow to raise the encapsulation efficiencies. This point showed the lack of affinity between the hydrophobic polymer and the hydrophilic chelates. The use of nanoparticles made of an hydrophilic matrix showed a ten-fold increase in the drug loading efficiency. This confirms the hypothesis in which interactions between chelates and nanoparticle matrices play a crucial role for encapsulation.

L’électronique embarquée, notamment les modules de puissance, permet la gestion de l’énergie électrique et donc le développement de véhicules « décarbonés ». Toutefois, en vue d’être positionnés près du moteur thermique, ces composants électroniques devront résister à des environnements très divers et parfois à de sévères contraintes (humidité, agression chimique (huiles), vibrations…). Or, les matériaux d’encapsulation qui les protègent ne sont pas, aujourd’hui, assez performants pour répondre à ces nouvelles contraintes. Ainsi, le but de ces travaux de thèse est donc de développer de nouveaux polymères d’encapsulation. Pour cela, deux types de copolymères Silicone/Polyuréthane (Si/PU) réticulés ont été synthétisés, sans solvant, et avec des temps de polymérisation courts.Une première série de matériaux Si/PU contenant entre 55 et 76%m de motif silicone, a été synthétisée par polyaddition alcool-isocyanate à partir de précurseurs silicone, synthétisés ou commerciaux, et d’un pluriisocyanate, en présence d’un catalyseur. Une seconde série de copolymères Silicone/Polyhydroxyuréthane (Si/PHU) contenant 26 et 61%m de motif silicone a été obtenue sans isocyanate et sans catalyseur, à partir de poly(diméthylsiloxane) biscyclocarbonate et d’une triamine.Les propriétés mécaniques, thermiques et le caractère hydrophobe de tous ces matériaux ont été évalués. Dans le but d’améliorer les propriétés thermiques et de diminuer le coût de la résine d’encapsulation, des charges inorganiques ont été incorporées à certains polymères Si/PU.Les matériaux les plus intéressants ont été testés comme encapsulant dans des modules de puissance et les premières mesures électriques au cours de cyclages thermiques sont très prometteuses. / Embedded electronics, particularly power modules, allows management of electric energy and therefore development of “carbon-free” vehicle. However, these electronic components, will shortly be located near heat engine automotive, and they must withstand various environments and sometimes, hard stresses (humidity, chemical aggression (oil), vibrations…). But actual encapsulation materials are not today efficient enough to match with these future imposed stresses. Thus, the aim of this work is to develop new encapsulation polymers. For this, two types of crosslinked Silicone/Polyurethane (Si/PU) copolymers were “solvent-free” synthesized and with short polymerization times.A first series of materials Si/PU containing between 55 and 76%wt silicone units were synthesized by alcool-iscyanate polyaddition from silicone precursor, synthesized or commercial, and a pluri-isocyanate, in the presence of catalyst. A second series of copolymers, Silicone/Polyhydroxyurethane (Si/PHU) containing 26 and 61%wt silicone units, was obtained without isocyanate or catalyst from poly(dimethylsiloxane) biscyclocarbonate and a triamine.Mechanical and thermal properties as well as hydrophobic character of all materials were evaluated. In order to improve thermal properties and decrease the cost of encapsulation resin, inorganic fillers were blended in some of Si/PU polymers.The most interesting materials were tested as encapsulant in power modules, and the first electrical measurements during thermal cyclings were very promising

Islet transplantation for the purpose of treating insulin-dependent diabetes is currently limited by several factors, most significantly, islet survival post transplantation. In the following dissertation, a tissue-engineered prevascularized pancreatic encapsulating device (PPED) was designed, developed, and evaluated. Microvessel fragments placed within a 3-dimensional collagen-based matrix produce and secrete vascular endothelial growth factor, and inosculate with the host circulation. Isolated islets placed within collagen gels exhibited four-fold more insulin release in response to glucose stimulation than islets in tissue culture. The insulin released by β-cells in islets encapsulated in collagen exhibited unobstructed diffusion within the collagen gels. Subsequent studies evaluated the ability to create a sandwich comprised of two layers of prevascularized collagen gels around a central collagen gel containing islets. In vitro characterization of the islets within these constructs showed that islets are functional and respond to glucose stimulation. The PPEDs were implanted subcutaneously into SCID mice. Islet survival was assessed after 7, 14, and 28 days. Immunohistochemical analysis was performed on the implants to detect insulin and the presence of intraislet endothelial cells. At all time points, insulin was localized in association with intact and partially dissociated islets. Moreover, cells that exhibited insulin staining were co-localized with intraislet endothelial cells. Lastly, dextran-perfused PPEDs showed host perfusion throughout the implant, including perfusion to structures that are morphologically consistent with pancreatic islets. These data indicate that the PPED enhances islet survival by supporting islet viability, by maintaining intraislet endothelial cells, and by enhancing reperfusion to the islets.

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