Ce mémoire présente l'étude d'un principe actif pharmaceutique (PA) peu soluble dans l'eau. Sa formulation à l'état amorphe serait un moyen d'augmenter sa solubilité. Tout d'abord, nous avons montré que le polymorphisme du PA est plus complexe que les deux formes polymorphiques 1 (stable) et II (méta stable) jusqu'à présent connues et liées par une relation de monotropie. Deux nouvelles formes polymorphiques métastables ont été révélées par calorimétrie et diffraction des rayons X. Nous avons ensuite montré que le broyage de la forme 1 du PA conduit à son amorphisation. Le verre obtenu présente les mêmes caractéristiques structurales que le liquide trempé. Cependant, il n'est pas stable et cristallise, au réchauffage, peu après la transition vitreuse et en quelques jours lorsqu'il est stocké à température et humidité ambiantes. Nous avons cherché à stabiliser le PA amorphe par co-amorphisation avec un excipient polymérique amorphe (HPMC) et un excipient moléculaire cristallin (tréhalose anhydre). Des solutions solides et des alliages moléculaires amorphes homogènes, qui ne peuvent pas être formés par le procédé de fusion/trempe, ont été obtenus pour toute composition par co-broyage des mélanges excipient/PA(forme 1). La stabilité au réchauffage de ces solutions solides a été nettement améliorée. Au stockage, les solutions solides HPMC/PA présentent une meilleure stabilité que les alliages vitreux tréhalose/PA (stabilité de 2 ans à température et humidité ambiantes). Cette étude montre que la valeur de la température de transition vitreuse n'est pas un paramètre suffisant pour prédire la stabilité de composés amorphes. Un mécanisme d'amorphisation par broyage est proposé. / Ln this thesis, a study of an active pharmaceutical ingredient (APl), weakly soluble in water, is reported. Its formulation in the amorphous state would be a means to increase its solubility. First, we showed that the polymorphism of this compound is more complex than the two forms, 1 (stable) and II (metastable), till now known and linked together by a monotropic relation. Two new metastable polymorphic forms were revealed by calorimetry and X-ray diffraction. Then, we showed that the milling of the APl stable form 1 induces its amorphization. The obtained glass has the same structural characteristics than the quenched liquid. However, it is not stable and crystallizes, on heating, just after the glass transition and in a few days when stored under ambient temperature and humidity. We tried to stabilize the amorphous APl by co-amorphization with an amorphous polymeric excipient (HPMC) and with a crystalline molecular excipient (anhydrous trehalose). Homogeneous amorphous solid solutions and molecular alloys, unreachable by the meltinglquenching process, were obtained by co-milling for any composition of the mixtures excipient/API(form 1). The stability on heating of these glass solutions was really enhanced. During storages, the HPMCIAPI glass solutions present a better stability than the trehalose/API vitreous alloys (stability of 2 years under ambient temperature and humidity). This investigation shows that the glass transition temperature value is not a sufficient parameter to predict the stability of amorphous compounds. A mechanism for the amorphization by milling is proposed.

En chémoinformatique, les molécules peuvent être décrites en retranscrivant de façon chiffrée leurs caractéristiques. Ceci permet de pouvoir comparer in silico deux molécules pour trouver de nouveaux composés potentiellement intéressants ou pour prédire leur activité. Nous avons développé des descripteurs combinant les informations structurales des composés avec leurs propriétés chimiques. Les 2D-FPTs (triplets pharmacophoriques flous bidimensionnels) se basent sur l'énumération en trois points de caractéristiques pharmacophoriques, combinée à la prise en compte des distances topologiques entre chacune de ces caractéristiques. De plus, les 2D-FPTs introduisent 2 améliorations : La projection floue des triplets d'atomes sur les triplets pharmacophoriques de base (pour mimer la tolérance naturelle des récepteurs par rapport à leurs ligands), et le marquage par pharmacophores dépendants du pKa (qui prend en compte l'équilibre protéolytique). Une nouvelle formule de calcul de similarité est introduite, qui prend en compte l'absence simultanée d'un triplet comme moins contraignante et probante qu'une présence simultanée. Le développement des triplets est détaillé, puis plusieurs applications des triplets sont étudiées. L’échantillonneur SQS (Stochastic QSAR Sampler) est utilisé pour comparer la capacité des 2D-FPTs à construire des modèles de relation structure-activité (QSAR) par rapport à d’autres descripteurs. Ensuite, les 2D-FPTs sont comparés en profondeur avec d’autres descripteurs dans des études QSAR. Enfin, ils sont utilisés pour construire des cartes auto-organisatrices afin de les utiliser pour accélérer les recherches par similarité dans une base de données. / In chemoinformatics, compounds can be described by encoding their features as numeric data. This allows in silico comparisons of two molecules (ie calculating distance between two vectors) in order to discover new druglike compounds or to predict their activity. We developed our descriptors, combining structural information but also chemical properties and adding chemically-relevant improvements. The 2D-FPTs (bidimensional fuzzy tricentric pharmacophores) are based on the enumeration of 3 pharmacophoric features points, combined with the topological distances between each of these features. Furthermore, the 2D-FPTs introduce two improvements: the fuzzy mapping of molecular triplets on basis pharmacophoric triplets (this mimics the natural tolerance of receptors towards their ligands), and pKa-dependant pharmacophore flagging (which takes into account the proteolytic equilibrium). Moreover, a new similarity calculation formula is introduced, which accounts for the simultaneus absence of a triplet as a less-constraining indicator of similarity than its simultaneous presence. The fuzzy triplets development is detailed, then, several applications are studied. The SQS (Stochastic QSAR Sampler) is used to compare the ability of 2D-FPTs to build QSAR models to other descriptors. Then, the use of FPTs in QSAR studies was deeply examined and compared with existing descriptors. Finally, they are used to build self-organizing maps (SOM), in order to use the maps as an attempt to accelerate similarity searches in a database.

Ces travaux de thèse porte sur la caractérisation des propriétés thermomécaniques et sur l’étude à différents niveaux d’échelle de la structuration d’un polymère issu de la biomasse candidat au remplacement des polymères de commodité, à savoir, l’acide poly(lactique) (PLA). Ils ont été motivés par le comportement complexe, encore mal compris à l’heure actuelle, que présente ce polymère notamment en raison de l’existence de stéréoisomères.Le premier but de ce travail a été de caractériser les propriétés thermomécaniques, en fonction du taux de co-monomère, en relation avec les arrangements moléculaires locaux pouvant exister dans la phase amorphe. Le second objectif a été d’étudier la structuration d’un copolymère industriel lorsque celui-ci est déformé uniaxialement à une température supérieure à sa température de transition vitreuse. L’analyse par diffraction-diffusion X in situ sur synchrotron a permis d’établir le lien entre la réponse mécanique du matériau et l’évolution structurale induite par la déformation. Ces essais ont également permis de montrer qu’une phase mésomorphe était induite pour certaines conditions de sollicitation, l’origine de cette phase ayant pu être corrélée avec des aspects de dynamique des chaînes macromoléculaires. Un intérêt particulier a également été porté à l’influence du taux de cristallinité initial du matériau sur ses propriétés mécaniques ainsi que sur la structuration associée en cours de déformation. Finalement, il a été montré que la déformation du PLA en dessous de Tg est gouvernée par une compétition entre plasticité par craquelures et par bandes de cisaillement, le second mécanisme devenant prédominant avec l’augmentation de la température. / This PhD work deals with the characterization of the thermomechanical behavior in relation to the structural organization at different scales of a bio-based polymer candidate for the replacement of usual polymers, the Poly(lactic acid). The present study is motivated by the complex behavior exhibited by this polymer, mainly linked to the occurrence of stereo-isomers.The first goal of this work was the characterization as a function of co-monomer content, of the thermomechanical response in relation to the existing local macromolecular arrangements in the amorphous phase The second goal was the study of the structural evolution of an industrial PLA copolymer uniaxially stretched at T>Tg. Combined in situ SAXS and WAXS experiments using a synchrotron radiation have provided clear insights into the structure-property relationships of the material. It has been shown that a mesomorphic phase was induced for some drawing conditions and its origin has been related to some features of the macromolecular chain dynamics.Particular interest has been paid to the study on the one hand, of the influence of initial crystallinity of the material on its mechanical response, and on the other hand, of the structural evolution induced during stretching. Finally it has been shown that PLA deformation at below Tg was governed by a competition between two deformation mechanisms namely crazing and shear banding, the latter becoming predominant as the temperature is increased.

Des algorithmes de conception automatisée d’amorces PCR et de sondes d’hybridation aux fins de diagnostic moléculaire ont été créés et implémentés. La vitesse de recherche d’amorces PCR à la fois spécifiques, ubiquitaires et sensibles s’est avérée considérablement accrue par le calcul et l’emploi de consensus binaires d’alignements multiples de séquences d’ADN. La recherche de sondes d’hybridation spécifiques et l’analyse du potentiel d’hybridation en général entre deux séquences a été facilitée par la synthèse de données empiriques d’hybridation trouvées dans divers articles publiés. D’autres programmes servant à faciliter ou automatiser l’exécution de diverses tâches utiles ont également été créés. Tous les programmes résultants ont permis de valider les algorithmes créés et de confirmer leur utilité dans l’exécution des tâches désirées par les membres de l’équipe de recherche auxquels ils étaient prioritairement destinés. / Algorithms for automatic design of PCR primers and of hybridization probes for molecular diagnostics have been created and implemented. The search speed for PCR primers that were at the same time specific, ubiquitary and sensitive was greatly improved by both computation and use of binary consensus of multiple alignments of DNA sequences. The search for specific hybridization probes and also analysis of hybridization potential in general between two sequences was facilitated by synthesis of empirical data gathered from different published papers. Other software for facilitating or automating the execution of different useful tasks were also created. All resulting software allowed both for the validation of algorithms and for the confirmation of their usefullness in executing desired tasks by the members of the research team for which they were written in the first place.

Ce mémoire est consacré à la vitrification à l’état solide du glucose par broyage mécanique et à la maîtrise de sa mutarotation. L’ensemble de ces résultats a été obtenu par DRX, DSC, ATG et Raman. Nos résultats montrent que les anomères a et ß du glucose cristallin s’amorphisent sous broyage à haute énergie. Cette voie d’amorphisation conduit à des états amorphes anomériquement purs extrêmement originaux qui ne peuvent être obtenus par les procédés classiques d’amorphisation (trempe du liquide…). Nous avons exploité cette opportunité unique pour : 1. Montrer que l’amorphisation par broyage mécanique s’opère directement à l’état solide au travers de mécanismes qui diffèrent fondamentalement de ceux impliqués lors de la trempe thermique classique du liquide. 2. Former de véritables alliages moléculaires amorphes homogènes a-glucose / ß-glucose en toute proportion par co-broyage. La possibilité de contrôler la concentration anomérique a permis d’étudier, pour la première fois, le diagramme de phases d’un mélange binaire anomérique. 3. Etudier de manière originale les cinétiques de mutarotation directement à l’état solide. Cette étude a révélé l’existence d’un couplage inattendu entre le mécanisme de mutarotation (processus local) et les relaxations structurales lentes au voisinage de Tg (processus coopératif). De plus, l’évolution microstructurale du glucose sous broyage montre que l’amorphisation résulte de deux mécanismes : une amorphisation en surface des cristallites induite par les chocs violents lors du broyage et une amorphisation spontanée des cristallites lorsque leur taille devient inférieure à une taille critique / This thesis deals with the solid state vitrification of glucose by mechanical milling and the control of its mutarotation. All the results have been obtained by XRD, DSC, TGA and Raman experiments. Our results show that crystalline a and ß glucose can be amorphized upon high energy ball milling. This route to the glassy state leads to remarkable anomerically pure amorphous states which cannot be obtained by the usual amorphisation processes (thermal quench…). We use this unique opportunity: 1. To show that the amorphisation upon milling occurs directly in the solid state through mechanisms which are fundamentally different from those implied in the quench of the liquid. 2. To form amorphous molecular alloys a-glucose / ß-glucose by co-milling on the whole concentration range. Furthermore, the control of the anomeric concentration gives the possibility to study, for the first time, the phase diagram of an anomeric binary mixture. 3. To study, from original way, the kinetics of mutarotation directly in the solid state. This study revealed the existence of an unexpected coupling between the mechanism of mutarotation (local process), and, the slow structural relaxation around Tg (cooperative process). Moreover, the microstructural evolution of glucose upon milling shows that amorphisation results from two mechanisms: an amorphisation on the crystallite surface area induced by violent shocks during milling and a spontaneous amorphisation of crystallites when their size becomes smaller than a critical size.

Depuis la nuit des temps, la matière est connue sous trois états, soient l'état solide, l'état liquide et l'état gazeux. Depuis, de nouveaux états ont été découverts. Les études au sein des laboratoires des professeurs Soldera et Lebel se concentrent sur ces états particuliers. Ils travaillent surtout sur les transitions de phases menant à ces états. Lorsqu'on parle de solide, on fait généralement référence à l'état cristallin, qui est un réseau bien structuré où les interactions à longue portée sont importantes et bien définies. Il existe toutefois une autre forme de solide où le désordre semble régner. Les interactions à longue portée ne sont pas prépondérantes. Il s'agit de l'état vitreux. Le passage de l'état liquide à l'état vitreux est appelé la transition vitreuse, et est caractérisé par une température, T[indice inférieur g] . Les principaux composés menant à l'état vitreux sont les polymères et les verres inorganique [i.e. inorganiques] tels que l'oxyde de silice, très répendus [i.e. répandus] et grandement étudiés. Les verres organiques sont une autre famille de composés qui présentent une phase amorphe stable. Le développement des technologies de pointe a suscité un intérêt pour les verres moléculaires dû à leurs propriétés intéressantes telles que leur structure bien définie et une bonne stabilité thermique. La T[indice inférieur g] détermine le domaine de températures où il peut être utilisé selon l'application recherchée. Les verres moléculaires ont beaucoup de potentiel en industrie, mais ils constituent une famille de matériaux fonctionnels méconnus. S'il reste beaucoup à apprendre sur les polymères, tout reste à apprendre sur les verres moléculaires. Il y a moins d'une vingtaine d'années que la triazine a commencé à être étudiée comme précurseur de verres moléculaires. La synthèse de verres efficaces peut être fastidieuse et ne procure pas nécessairement les propriétés recherchées. C'est pour cette raison que cette étude a été entreprise. L'idée de base de ce travail vise à trouver des moyens de prédire la T[indice inférieur g] , la première propriété recherchée, et ce, en se basant seulement sur la structure moléculaire. Pour relever ce défi, la voie considérée est la simulation atomistique faisant appel à un modèle tout-atome. Cette méthode a déjà fait ses preuves dans l'étude de la T[indice inférieur g] de polymères vinyliques, par les travaux du groupe du professeur Soldera. Bien que le principe de base soit resté le même, il [a] fallu apporter de légères modifications quant à son application aux systèmes étudiés. Suite à la paramétrisation du champ de forces utilisé, pcff, la simulation d'une quinzaine de molécules dont la T[indice inférieur g] expérimentale est connue a pu être conduite. Les résultats obtenus ont permis de révéler une linéarité entre les valeurs obtenues par simulation et les données expérimentales. Il est important de noter que la méthode a permis de distinguer les différents verres moléculaires étudiés bien que la seule différence entre les composés soit le groupement fonctionnel. Cet accord a permis d'effectuer diverses analyses au niveau moléculaire afin de mieux comprendre les facteurs qui influencent les valeurs de T[indice inférieur g] , et donc in fine d'apporter des indices pour une meilleure compréhension de cette transition fort complexe. Les fonctions de distribution radiale ainsi que la rotation des différentes fonctionnalités par rapport au noyau commun triazine, ont ainsi été regardées.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Parmi les énergies renouvelables, l’énergie solaire est la plus puissante. L’élément clé des DSSCs est le photosensibiliseur, par lequel la génération de photocourant est possible. L’autre élément important est l’électrolyte. Les liquides ioniques (Ils) sont utilisés en tant qu’électrolytes dans les DSSCs du fait de leurs propriétés chimiques: pression de vapeur basse, haute résistance thermique et chimique, polarité et phase modulables, etc. L’objectif de cette thèse est de comprendre les processus photophysiques dans les colorants dérivés d’indolines dans les solvants moléculaires (MS) et les mélanges IL/MS. L’influence du solvant sur les propriétés spectroscopiques de D131, D102, D149 and D205 est d’abord étudiée par spectroscopie stationnaire d’absorption et de fluorescence. Ensuite, la spectroscopie résolue en temps est employée pour étudier leur photophysique et sa dépendance au solvant. Ces expériences ont permis de démontrer l’influence des paramètres d'aptitude de donneur de liaison hydrogène et d'accepteur de liaison hydrogène des solvants. Le rôle majeur de la dynamique de solvatation dans la dynamique des états excités de ces colorants a été montré. Ce phénomène a été suivi dans les mélanges IL/MS en utilisant une sonde fluorescente classique, C153, et des techniques de fluorescence résolues en temps et de dynamique moléculaire. Les réponses de solvatation multi-régimes de ces mélanges sont dirigées par le renforcement de la liaison hydrogène entre la sonde et les composants des mélanges. Les résultats de cette these apportent beaucoup à la compréhension des processus photophysiques fondamentaux régissant les sensibiliseurs et les électrolytes dans les DSSCs. / Among all the renewable energy sources, solar energy is the most powerful source far ahead wind or geothermal energies. The first key component of DSSCs is the photosensitizer. It is through this component that the most important steps of photocurrent generation are possible. On the other hand, ionic liquids (ILs) have been proposed as electrolyte for DSSCs due to their peculiar properties: low vapor pressure, high thermal and chemical robustness, tunability of polarity and phase behaviour etc. The objective of this thesis was to get an understanding of the photophysics in the indoline derivated dyes in molecular solvents (MS) and in the IL/MS mixtures. Firstly, the solvent dependence of the spectroscopic properties of D131, D102, D149 and D205 was studied by the steady-state UV-Vis absorption and fluorescence spectroscopy. Then, time-resolved spectroscopy was used to elucidate their photophysics and its solvent dependence. These experiments helped to discern the influence of the hydrogen bond donor and acceptor abilities of the solvent. The solvation dynamics was shown to play a major role in the excited state dynamics of these dyes. This process in IL/MS mixtures was elucidated using the classic fluorescent probe C153 by the means of time-resolved spectroscopy and MD simulations. The complex multi-regime solvation response in these systems was shown to be shaped by the strengthening of the hydrogen bonding between the probe and the mixture components. The results of this thesis work contribute to the fundamental understanding of the photodynamics of the sensitizer and the response of the electrolyte used in the DSSCs.

Les interactions non covalentes entre cytokines et glycosaminoglycanes interviennent dans de nombreux processus physiologiques, tels que la signalisation et la reconnaissance cellulaire, mais également dans des processus pathologiques tels que les infections virales ou bactériennes ainsi que dans certains processus cancéreux. Il apparait essentiel, d’un point de vue fondamental et pour des applications thérapeutiques, de comprendre les mécanismes moléculaires mis en jeu lors de ces interactions. A cette fin, le couplage entre l’électrophorèse capillaire (CE) et la spectrométrie de masse par ionisation electrospray (ESI-MS) s’est révélée être une méthode de choix pour l’étude des interactions non covalentes, avec la caractérisation des différents complexes formés en termes de stœchiométrie et de données thermodynamiques (constantes de dissociation Kd). Cette approche a également bénéficié de l’utilisation d’oligosaccharides de synthèse de type héparine, ce qui a permis pour la première fois de mettre en évidence les déterminants structuraux des oligosaccharides sulfatés impliqués dans l’interaction avec les protéines cibles. Cette étude a concerné les deux chimiokines SDF-1α et MCP-1, pour lesquelles les bases d’une relation structure-activité de liaison ont pu être établies. Enfin, nous avons également mis en œuvre des premiers essais d’une stratégie de « ligand fishing » avec l’interféron gamma humain (IFNγ) dans le but de déterminer les ligands oligosaccharidiques mis en jeu. / The non-covalent interactions between cytokines and glycosaminoglycans are involved in many physiological processes such as cell signaling and recognition, but also in pathological processes such as viral or bacterial infections and in certain cancer processes. From a fundamental point of view and for therapeutic applications, it is essential to understand the molecular mechanisms involved in these interactions. For this purpose, the hyphenation between capillary electrophoresis (CE) and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) has emerged as a preferred method for the study of non-covalent interactions with the characterization of complexes in terms of stoichiometry and thermodynamic data (dissociation constants Kd). This approach has also benefited from the use of synthetic heparin-like oligosaccharides, which allowed for the first time to identify the sulfated oligosaccharides structural determinants involved in the interaction with target proteins. This study involved two chemokines SDF-1α and MCP-1, for which the structure-binding activity foundations have been established. Finally, we also implemented the first experiments of a "ligand fishing" strategy with the human gamma interferon (IFNγ) to determine the oligosaccharide ligands involved.

Une combinaison entre l’assemblage de monocouches au sommet de nano-cristaux d’or et la microscopie à sonde locale permet d’explorer l’interaction entre les molécules actives et son milieu, mais aussi démontrer expérimentalement une diode moléculaire peut travailler à haute fréquence. La fabrication des nanocristaux d’or par lithographie électronique rapide nous a permis leur caractérisation par des techniques nécessitant des surfaces millimétrique, mais également par des techniques en champ proche. La détection electrochimique d’un petit nombre de molécules par nanocrystal prévoit d’intéressantes recherches futures sur l’attache et la détection de molécules uniques sur la nano-particule d’or. D’un côté, cette étude confirme une théorie récente: les effets coopératifs entre les molécules ont un effet d’asymétrie sur « la courbe d’histogramme de conductance ». D’un autre côté, des théories d’électrochimie ont été utilisées pour investiguer les effets d’interaction entre molécules avec groupe redox et l’écart-type de l’énergie moléculaire. Cette étude nous a permis d’extraire des gammes d’énergie de couplage entre molécules, un premier pas vers une estimation quantitative expérimentale de ce paramètre clé pour les applications en électronique organique. A l’aide d’un AFM couplé à un système de mesure en hyperfréquences, nous mesurons les propriétés électroniques à l’échelle nanométrique. Nous prouvons une diode moléculaire à 18 GHz avec un ratio de redressement de 12 dB (facteur 4) à cette fréquence. Des petites capacitances, dans la gamme de l’aF ont en particulier permis d’observer ce comportement à hautes fréquences. / An attractive combination of self-assembled monolayers on top of “Au” single crystal Nanoparticles (AuNp) and Scanning Probe Microscopies permits to explore the interaction between active molecules in the junction, as well as with the media. At the same time, we demonstrate the experimental proof of a molecular rectifying diode working at gigahertz frequency. Device fabrication by fast e-beam lithography allows their characterization by techniques that may need millimeter scale surfaces as well as by near field Scanning Probe Microscopies. Detection of a little number of molecules per AuNP promises interesting future research in the challenge of grafting and detecting single molecules per nanoparticle. On the one hand, this investigation confirms a recent theoretical prediction that cooperative effects between molecules may have an effect on the asymmetry of the conductance histogram line shape. On the other hand, established electrochemical theories are exploited to investigate similar factors such as interaction between redox molecules and the modification of the energy level of molecular orbitals. This study permits extracting a range of coupling energies between molecules that may be a first step towards the quantitative experimental estimation of this key parameter in molecular electronics. Thanks to an AFM connected to Network analyzer, we characterize a molecular diode operating at high frequency to 18 GHz with a rectification ratio of 12 dB (factor 4) at this frequency. Small capacitances in the order of few aF permit to see this behavior at high frequencies.