The research in this dissertation is focused on the synthesis and characterization of sterically crowded, precisely charged polyelectrolytes based on substituted stilbene comonomers. New sterically crowded polyelectrolytes based on functionalized stilbenes with maleic anhydride or functionalized N-phenylmaleimides were prepared via a "protected" precursor polymer strategy. The polyelectrolyte precursors readily dissolved in organic solvents and were characterized by 1H NMR, SEC, TGA, and DSC. The polyelectrolytes were obtained via simple deprotection chemistries. The use of different combinations of the donor-acceptor comonomer pairs and the alternating copolymerization of these comonomers lead to precise control over charge density and placement of charged groups along the polymer backbone. Analogous styrenic copolymers, for direct comparison to the stilbene structures, were also prepared. Broad peaks in 1H NMR spectra were observed. There were no thermal transitions measured by DSC below the degradation temperature. A strong polyelectrolyte effect, for both stilbene and styrene copolymers, occurred in deionized water and was suppressed by adding NaCl to the polymer solution. These results are not consistent with "rigid" rod polyelectrolytes in which chain collapse in the presence of added salt and chain expansion on dilution should not be observed. In response to these observations persistence length measurements were conducted on the stilbene and styrene copolymers to assess directly the steric crowding effect of added phenyl groups in stilbene copolymers. Both SEC and SAXS measurements were used to obtain persistence lengths. The results from three different approaches, Bohdanecký, graphical and Sharp and Bloomfield Global, were in good agreement. The persistence lengths of stilbene containing copolymers range from 3 to 6 nm and the added phenyl groups increase the rigidity of the polymer chain by about 30-50%. This puts these polymers into a broadly defined "semi-rigid" category of polymers and is consistent with the solution polyelectrolyte effect observed. In dilute solution characterization of stilbene containing polyanions, a 2-step dissociation behavior was observed for the two adjacent carboxylic acids in maleic acid containing polyanions. Stilbene polyanion solutions showed high Rh values in deionized water as shown by DLS measurements and a decrease of Rh values followed by aggregation upon gradual addition of salt. Bimodal peaks were observed in SEC measurements with the copolymer of 4-methylstilbene and maleic anhydride. DLS measurements indicated interchain aggregation as the origin of the apparent high molecular weight fraction. The antiviral activity of the polyanion based on sodium 4-styrenesulfonate and N-(4-sodium sulfophenyl)maleimide was found to be ~50 times higher than the microbicide, sodium poly(styrene sulfonate). The early study of antiviral activities of carboxylated stilbene and styrene polyanions also showed promising results. The synthesis of methyl sulfonate ester-functionalized polyanion precursors was attempted because they can be characterized without the complications caused by directly using charged sulfonate groups. / Ph. D.

Le but de cette thèse est d'évaluer le rôle de la solvatation des PCP (copolymère greffé utilisé en tant qu'additif du béton) sur la fluidité et la viscosité des bétons. Pour répondre à cette problématique, des copolymères greffés différant par la nature chimique des chaînes latérales sont synthétisés. L'état de solvatation des PCP est évalué à l'aide du paramètre de Flory-Huggins χ. Ce dernier est calculé à partir du 2nd coefficient du viriel A2, déterminé par diffusion de la lumière. Des valeurs du paramètre χ de 0,37 ; 0,43 ; 0,47 et 0,48 ont été obtenues pour des PCP comportant des chaînes latérales à base d'éthylène glycol (EG), de 2-méthyloxazoline (MOx), de N-vinylpyrrolidone (NVP) et de N-acryloylmorpholine (NAM), respectivement. Le pouvoir couvrant des PCP et leur épaisseur de couche peuvent être calculés par l'intermédiaire d'une formule proposée par Flatt. L'introduction des PCP à différents dosages (donc différents taux de recouvrement) à des suspensions de calcite a permis de montrer qu'à même taux de recouvrement de surface, tous les PCP induisaient la même fluidité, alors que l'épaisseur de couche de PCP diffère de plus de 50% dans les cas les plus extrêmes. Le taux de recouvrement de surface joue un rôle tout aussi important en ce qui concerne la viscosité des suspensions. Appliquer ces conclusions sur un mortier s'avère délicat car les PCP pourraient entrainer des retards d'hydratation différents en fonction de la nature des chaînes latérales / The objective of this PhD work is the evaluation of the role of the solvation of PCP (grafted copolymer used in concrete as additive) on the concrete fluidity and viscosity. Grafted copolymers with different side-chains were synthesized. The solvation state of the PCP was estimated by mean of the χ Flory-Huggins parameter. The latter was calculated from the 2nd virial coefficient A2, itself determined by light scattering measurements. χ -parameter values of 0,37 ; 0,43 ; 0,47 and 0,48 are obtained for PCP respectively possessing ethylene glycol (EG), 2-methyloxazoline, N-vinylpyrrolidone and N-acryloylmorpholine-based side-chains. The surface coverage of the PCPs and their layer thickness can be calculated with Flatt’s formula. The introduction of the PCPs at different contents (therefore different surface coverage ratio) to calcite suspensions showed that at same surface coverage ratio, all PCPs induce the same fluidity, although the adsorbed PCP layer thickness differed up to 50% in the certain cases. The surface coverage played also a keyrole in the suspensions viscosity. The transposition of these results to a mortar seemed however risky since PCPs might lead to hydration delays depending on the chemical nature of the side-chains

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

L’ingénierie des biomatériaux a connu un essor prodigieux ces dernières décennies passant de matériaux simples à des structures plus complexes, particulièrement dans le domaine cardiovasculaire. Cette évolution découle de la nécessité des biomatériaux de permettre la synergie de différentes propriétés, dépendantes de leurs fonctions, qui ne sont pas forcément toutes compatibles. Historiquement, les premiers matériaux utilisés dans la conception de dispositifs médicaux étaient ceux présentant le meilleur compromis entre les propriétés physico-chimiques, mécaniques et biologiques que nécessitait leur application. Cependant, il se peut que le dispositif possède les bonnes propriétés physico-chimiques ou mécaniques, mais que sa biocompatibilité soit insuffisante induisant ainsi des complications cliniques. Afin d’améliorer ces propriétés biologiques tout en conservant les propriétés de volume du matériau, une solution est d’en modifier la surface. L’utilisation d’un revêtement permet alors de moduler la réponse biologique à l’interface biomatériau-hôte et de diminuer les effets indésirables. Ces revêtements sont optimisés selon deux critères principaux : la réponse biologique et la réponse mécanique. Pour la réponse biologique, les deux approches principales sont de mettre au point des revêtements proactifs qui engendrent l’adhérence, laprolifération ou la migration cellulaire, ou passifs, qui, principalement, sont inertes et empêchent l’adhérence de composés biologiques. Des revêtements plus complexes utilisent les deux approches permettant l’adhérence spécifique de certainescellules tout en empêchant l’adhérence d’autres composants biologiques. Cette pratique est très utile pour lutter contre la resténose, complication survenant après opération de l’athérosclérose qui obstrue les vaisseaux sanguins. Une pratique courante est la pose d’un stent qui permet d’ouvrir l’artère de nouveau et de rétablir le flux sanguin. Le phénomène de resténose obstrue de nouveau le vaisseau sanguin, majoritairement par la prolifération incontrôlée de cellules musculaires lisses. La recherche sur les revêtements contre la resténose vise à inhiber la prolifération de ces cellules tout en facilitant la ré-endothélialisation. Les revêtements permettraient alors, à la fois de favoriser l’adhérence et la prolifération de cellules endothéliales et de limiter celles des cellules musculaires lisses à la surface du stent ou en limitant toute adhérence non-spécifique. Il a été démontré lors d’études précédentes qu’un copolymère à base de dextrane et de poly(méthacrylate debutyle) (PBMA) répondait à ces critères biologiques et qu’il possédait en plus une bonne résistance à la déformation, paramètre important lié à la déformation induite lors de l’implantation d’un stent. L’approche de ce projet était d’utiliser ce copolymère comme revêtement de stent et d’en améliorer la stabilité à long terme en formant des liens covalents avec le substrat. Pour ce faire, cela nécessitait l’activation de la partie dextrane du copolymère afin de pouvoir le greffer au substrat. Il était important de vérifier pour chaque étape l’influence des modifications effectuées sur les propriétés biologiques et mécaniques des matériaux obtenus, mais aussi d’un point de vue de la chimie, l’influence que cette modification pouvait induire sur la réaction decopolymérisation.... / The last decades have witnessed the remarkable growth of biomaterial science and engineering field, especiallyfor cardiovascular applications, for which devices have evolved from simple material to complex structures.This development has stemmed from the necessity for biomaterials to exhibit different properties, related totheir function, which are not always inherently compatible. Historically, the first materials selected for medicaldevices conception were the ones exhibiting the best compromise between all the physicochemical, mechanicaland biological requirements. Nevertheless, while physicochemical and mechanical properties are often handilycombined, the development of materials which also possess suitable biological properties have proved to bemuch more challenging, leading to clinical complications.Surface modification represents a valid solution to improve the biological performances of medical deviceswhile maintaining the bulk properties of the material. Biomaterial coatings may modulate the biologicalresponse at the biomaterial-host interface and decreases the undesirable effects. Coatings have been optimizedin regards to two main aspects: the biological response and the mechanical response. For the biologicalresponse, the two main approaches consist in 1) inducing cell adhesion, proliferation or migration with proactivecoatings and 2) using inert material, mostly, and avoiding the adhesion of any biological componentswith passive coatings.More complex coatings include the two approaches, allowing the adhesion of a specific type of cell whilerepelling other biological components adhesion. This method has been very useful against the restenosisphenomenon which obstructs blood vessels. A common practice is vessel stenting, a procedure that enables thereopening of the vessel and the restoration of the blood flow. Restenosis causes the new narrowing of the vessel,mostly due to uncontrolled smooth muscle cell proliferation. Researchers looked for coatings capable oflimiting the restenosis occurrence by inhibiting this cell proliferation along with facilitating the reendothelialization.Thus, the coatings would be able to improve endothelial cells adhesion and proliferation andto inhibit smooth muscle cells ones as well as avoiding non-specific adhesion.Previous studies showed that a copolymer made of dextran and poly(butyl methacrylate) (PBMA) demonstratedsuch biological properties and a good resistance to deformation, which is an important parameter related to thedeformation implied in a stent implantation. In this work, the approach was to use this copolymer as a stentcoating and to increase its long-term stability by providing covalent bonds with the substrate. To do so, thedextran part of the copolymer firstly needed to be activated in order to be grafted to the surface. Thus, it wasimportant to ascertain the influence of the multiple modifications on the biological and mechanical propertiesof the resulting materials at each step, but also towards a chemical point of view, the influence that thesemodifications may have on the subsequent copolymerization.

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In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese neuartiger, polynuklearer Bismutoxido-Cluster sowie deren Potential zur Verwendung als Bausteine zum Aufbau organisch-anorganischer Hybridmaterialien beschrieben. Die molekularen Verbindungen werden nach partieller Hydrolyse eines basischen Bismutnitrats in DMSO erhalten. Durch Zugabe von Additiven wie Carbon- und Sulfonsäuren können funktionalisierte Bismutoxido-Cluster erzeugt werden, die eine gute Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln besitzen. Die Charakterisierung der Produkte erfolgte mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse, NMR- und IR-Spektroskopie sowie ESI-Massenspektrometrie. Erste Untersuchungen zur Synthese röntgenopaker organisch-anorganischer Hybridmaterialien auf der Basis von Bismutoxido-Clustern und Methylmethacrylat wurden durchgeführt. Hierzu wurde der nanoskalige Bismutoxido-Cluster [Bi38O45(OMc)24] als anorganischer Baustein gewählt. Die Oberfläche des Bismut-Sauerstoff-Gerüsts dieser Verbindung ist mit Methacrylat-Liganden bedeckt, welche eine gute Löslichkeit vermitteln und durch ihre polymerisierbaren Funktionalitäten eine kovalente Anbindung z. B. an Vinylmonomere ermöglichen. Die radikalische Copolymerisation von [Bi38O45(OMc)24] mit Methylmethacrylat liefert transparente Komposite, die anhand von Festkörper-NMR-Spektroskopie, IR-Spektroskopie sowie TG- und DSC-Analyse charakterisiert wurden.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese neuartiger, polynuklearer Bismutoxido-Cluster sowie deren Potential zur Verwendung als Bausteine zum Aufbau organisch-anorganischer Hybridmaterialien beschrieben. Die molekularen Verbindungen werden nach partieller Hydrolyse eines basischen Bismutnitrats in DMSO erhalten. Durch Zugabe von Additiven wie Carbon- und Sulfonsäuren können funktionalisierte Bismutoxido-Cluster erzeugt werden, die eine gute Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln besitzen. Die Charakterisierung der Produkte erfolgte mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse, NMR- und IR-Spektroskopie sowie ESI-Massenspektrometrie. Erste Untersuchungen zur Synthese röntgenopaker organisch-anorganischer Hybridmaterialien auf der Basis von Bismutoxido-Clustern und Methylmethacrylat wurden durchgeführt. Hierzu wurde der nanoskalige Bismutoxido-Cluster [Bi38O45(OMc)24] als anorganischer Baustein gewählt. Die Oberfläche des Bismut-Sauerstoff-Gerüsts dieser Verbindung ist mit Methacrylat-Liganden bedeckt, welche eine gute Löslichkeit vermitteln und durch ihre polymerisierbaren Funktionalitäten eine kovalente Anbindung z. B. an Vinylmonomere ermöglichen. Die radikalische Copolymerisation von [Bi38O45(OMc)24] mit Methylmethacrylat liefert transparente Komposite, die anhand von Festkörper-NMR-Spektroskopie, IR-Spektroskopie sowie TG- und DSC-Analyse charakterisiert wurden.