Découverte et application de nouveaux motifs d'association propres à l'hexaphénylbenzène et à ses dérivés

Les propriétés des matériaux moléculaires proviennent à la fois de la structure des composantes individuelles et de la façon dont elles s’associent. Ce dernier aspect reste difficile à contrôler, malgré de grandes avancées en science des matériaux. Pour mieux comprendre la relation structure-propriétés, nous avons entrepris une étude systématique de l'hexaphénylbenzène et de ses dérivés, qui offrent une charpente symétrique et rigide. En premier lieu, nous avons attaché six groupements diaminotriazinyles sur l’hexaphénylbenzène afin de produire des réseaux tridimensionnels hautement poreux maintenus par des ponts hydrogène. En modifiant systématiquement le coeur moléculaire, nous avons excisé près du tiers de la molécule-mère, générant des réseaux supramoléculaires dont la porosité s’est élevée graduellement jusqu’à 75%, équivalant ainsi le record pour ce type de matériaux. Ensuite, nous avons étudié le comportement de l’hexakis(4-nitrophényl)benzène. Dans les structures cristallines obtenues, des interactions non-covalentes entre groupements nitro démontrent leur potentiel en chimie supramoléculaire. Le coeur moléculaire ne joue qu’un rôle secondaire dans l’empilement des molécules : seules quelques interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène sont évidentes. Cette dernière observation nous a poussés à étudier le comportement à l’état cristallin de l’hexaphénylbenzène et ses dérivés. En scrutant attentivement neuf structures cristallines de ces composés, nous avons décerné la présence récurrente d’interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central. Cette association caractéristique a été exploitée pour créer des réseaux supramoléculaires maintenus par des interactions C-H•••π sélectives entre un groupement éthynyle et le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène. Finalement, nous avons joint le côté sombre de l’ingénierie cristalline en utilisant nos connaissances dans le but d’empêcher la formation d’interactions directionnelles. En protégeant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène à l’aide de groupements alkyles, les interactions C-H•••π ont été pratiquement éliminées. Ces résultats offrent la possibilité de créer de nouveaux matériaux amorphes. Dans ces études, focalisées sur le système hexaphénylbenzène, nous avons mis en relief des phénomènes qui sont obscurcis dans d'autres familles de molécules. De plus, ce système a grandement facilité l’utilisation d’une approche méthodique pour explorer la relation structure-propriétés. Nos travaux nous ont amenés à des conclusions de valeur universelle en science des matériaux moléculaires.

Tectonique moléculaire : vers l'utilisation du dispirofluorène-indénofluorène comme unité de construction pour bâtir des réseaux cristallins poreux

La chimie supramoléculaire est un domaine qui suscite depuis quelques années un intérêt grandissant. Le domaine s’appuie sur les interactions intermoléculaires de façon à contrôler l’organisation moléculaire et ainsi moduler les propriétés des matériaux. La sélection et le positionnement adéquat de groupes fonctionnels, utilisés en combinaison avec un squelette moléculaire particulier, permet d’anticiper la façon dont une molécule interagira avec les molécules avoisinantes. Cette stratégie de construction, nommé tectonique moléculaire, fait appel à la conception de molécules appelées tectons (du mot grec signifiant bâtisseur) pouvant s’orienter de façon prévisible par le biais d’interactions faibles et ainsi générer des architectures supramoléculaires inédites. Les tectons utilisent les forces intermoléculaires mises à leur disposition pour s’orienter de façon prédéterminée et ainsi contrecarrer la tendance à s’empiler de la manière la plus compacte possible. Pour ce faire, les tectons sont munies de diverses groupes fonctionnels, aussi appelés groupes de reconnaissance, qui agiront comme guide lors de l’assemblage moléculaire. Le choix du squelette moléculaire du tecton revêt une importance capitale puisqu’il doit permettre une orientation optimale des groupes de reconnaissance. La stratégie de la tectonique moléculaire, utilisée conjointement avec la cristallisation, ouvre la porte à un domaine de la chimie supramoléculaire appelé le génie cristallin. Le génie cristallin permet l’obtention de réseaux cristallins poreux soutenus par des interactions faibles, pouvant accueillir des molécules invitées. Bien que toutes les interactions faibles peuvent être mises à contribution, le pont hydrogène est l’interaction prédominante en ce qui a trait aux réseaux cristallins supramoléculaires. La force, la directionnalité ainsi que la versatilité font du pont hydrogène l’interaction qui, à ce jour, a eu le plus grand impact dans le domaine du génie cristallin. Un des groupements de reconnaissance particulièrement intéressants en génie cristallin, faisant appel aux ponts hydrogène et offrant plusieurs motifs d’interaction, est l’unité 2,4-diamino-1,3,5-triazinyle. L’utilisation de ce groupement de reconnaissance conjointement avec un cœur moléculaire en forme de croix d’Onsager, qui défavorise l’empilement compact, permet l’obtention de valeurs de porosités élevées, comme c’est le cas pour le 2,2’,7,7’-tétrakis(2,4-diamino-1,3,5-triazin-6-yl)-9,9’-spirobi[9H-fluorène]. Nous présentons ici une extension du travail effectué sur les cœurs spirobifluorényles en décrivant la synthèse et l’analyse structurale de molécules avec une unité dispirofluorène-indénofluorényle comme cœur moléculaire. Ce cœur moléculaire exhibe les mêmes caractéristiques structurales que le spirobifluorène, soit une topologie rigide en forme de croix d’Onsager défavorisant l’empilement compact. Nous avons combiné les cœurs dispirofluorène-indénofluorényles avec différents groupements de reconnaissance de façon à étudier l’influence de l’élongation du cœur moléculaire sur le réseau cristallin, en particulier sur le volume accessible aux molécules invitées.

Assemblage moléculaire régi par la formation de bifluorènes : vers la formation de réseaux organiques covalents retenus par des liaisons carbone-carbone

Les réseaux organiques covalents (COFs) sont des réseaux bidimensionnels et tridimensionnels assemblés seulement par des atomes légers, c’est-à-dire de la première et deuxième rangée du tableau périodique. Ceux-ci ont montré des propriétés de porosité pouvant être exploitées dans le stockage, dans la catalyse et dans la séparation moléculaire. La plupart de ces matériaux ont été obtenus par une réaction finale de condensation, ce qui nuit à leurs cristallisations, donc à l’homogénéité et à la caractérisation détaillée de ces matériaux. Les p-xylylènes de Thiele et Tschitschibabin sont des molécules qui ont suscité l’intérêt pour leurs structures et leurs propriétés magnétiques. Subséquemment, Wittig a démontré que le remplacement des fragments diphénylméthylène par des fragments fluorénylidène sur le p-xylylène de Thiele donne des molécules pouvant s’oligomériser pour former un tétramère. Dans notre étude, nous avons examiné l’assemblage de dérivés fluorénylidène dans le but d’obtenir un COF. Tout d’abord, un dérivé linéaire similaire à ce que Wittig a obtenu a été synthétisé afin de vérifier l’assemblage à partir d’un cœur spirobifluorényle. Ces molécules se sont assemblées en tétramère, comme prévu, et en hexamère. Ces deux résultats ont pu être rationalisés par une étude à l’état solide par diffraction des rayons-X. L’empilement tridimensionnel a également été étudié pour ces deux molécules. Subséquemment, des dérivés tétraédriques ont été synthétisés afin d’étudier leurs assemblages. Un premier dérivé est resté sous sa forme quinoïdale et ne s’est pas assemblé, alors qu’un second dérivé a mené à un dimère partiellement assemblé. La structure de ce dernier suggère la formation d’un polymère linéaire pour ce composé dans le cas où il aurait été possible de l’assembler complètement.

Développement de nouvelles unités de reconnaissance et d'unités centrales flexibles en tectonique moléculaire

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Développement de nouvelles unités de reconnaissance et d'unités centrales flexibles en tectonique moléculaire

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Conception, fabrication et caractérisation d'un biocapteur SPR à base de guides d'ondes photoniques sur substrat de verre

Résumé : Malgré le nombre croissant de capteurs dans les domaines de la chimie et la biologie, il reste encore à étudier en profondeur la complexité des interactions entre les différentes molécules présentes lors d’une détection à l’interface solide-liquide. Dans ce cadre, il est de tout intérêt de croiser différentes méthodes de détection afin d’obtenir des informations complémentaires. Le principal objectif de cette étude est de dimensionner, fabriquer et caractériser un détecteur optique intégré sur verre basé sur la résonance plasmonique de surface, destiné à terme à être combiné avec d’autres techniques de détection, dont un microcalorimètre. La résonance plasmonique de surface est une technique reconnue pour sa sensibilité adaptée à la détection de surface, qui a l’avantage d’être sans marquage et permet de fournir un suivi en temps réel de la cinétique d’une réaction. L’avantage principal de ce capteur est qu’il a été dimensionné pour une large gamme d’indice de réfraction de l’analyte, allant de 1,33 à 1,48. Ces valeurs correspondent à la plupart des entités biologiques associées à leurs couches d’accroche dont les matrices de polymères, présentés dans ce travail. Étant donné que beaucoup d’études biologiques nécessitent la comparaison de la mesure à une référence ou à une autre mesure, le second objectif du projet est d’étudier le potentiel du système SPR intégré sur verre pour la détection multi-analyte. Les trois premiers chapitres se concentrent sur l’objectif principal du projet. Le dimensionnement du dispositif est ainsi présenté, basé sur deux modélisations différentes, associées à plusieurs outils de calcul analytique et numérique. La première modélisation, basée sur l’approximation des interactions faibles, permet d’obtenir la plupart des informations nécessaires au dimensionnement du dispositif. La seconde modélisation, sans approximation, permet de valider le premier modèle approché et de compléter et affiner le dimensionnement. Le procédé de fabrication de la puce optique sur verre est ensuite décrit, ainsi que les instruments et protocoles de caractérisation. Un dispositif est obtenu présentant des sensibilités volumiques entre 1000 nm/RIU et 6000 nm/RIU suivant l’indice de réfraction de l’analyte. L’intégration 3D du guide grâce à son enterrage sélectif dans le verre confère au dispositif une grande compacité, le rendant adapté à la cointégration avec un microcalorimètre en particulier. Le dernier chapitre de la thèse présente l’étude de plusieurs techniques de multiplexage spectral adaptées à un système SPR intégré, exploitant en particulier la technologie sur verre. L’objectif est de fournir au moins deux détections simultanées. Dans ce cadre, plusieurs solutions sont proposées et les dispositifs associés sont dimensionnés, fabriqués et testés.

Using Surface Spectroscopy to Help Interpret STM Images of Chemisorbed Molecules: Application to the Study of the Hydrogenation of Ketones and a-Ketoesters on Pt

Depuis que la haute énantiopureté est nécessaire dans l’industrie pharmaceutique, les études visant à découvrir les mécanismes pour l’hydrogénation énantiosélective de cétones ou céto-esters sur les surfaces, et à rechercher de nouveaux et plus performants catalyseurs asymétriques, sont d’une grande importance. La microscopie à effet tunnel (STM), la spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption, la spectroscopie de désorption à température programmée et la spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X sont des méthodes performantes facilitant la compréhension des mécanismes de réaction. En plus de nous permettre de comprendre les mécanismes réactionnels, les études peuvent fournir des informations sur la dynamique des réactions en catalyse hétérogène ainsi que sur le développement de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) afin de calculer des interactions faibles dans les processus de surface. D’autres parts, les calculs DFT fournissent une aide essentielle à l’interprétation des données de STM et spectroscopie de surface. Dans cette thèse, certains cétones et céto-esters sur la surface de platine sont étudiées par les techniques sophistiquées mentionnées ci-dessus. Mes études démontrent que la combinaison de l’utilisation de la spectroscopie de routine, des nanotechnologies et de nombreux calculs élaborés, est une méthode efficace pour étudier les réactions à la surface car ces techniques explorent les différents aspects de la surface ainsi que s’entraident mutuellement lors de certaines interprétations.

Contrôle de l'organisation moléculaire en 2D et 3D par l’utilisation de liaisons hydrogène, de coordination métallique et d'autres interactions

La stratégie de la tectonique moléculaire a montré durant ces dernières années son utilité dans la construction de nouveaux matériaux. Elle repose sur l’auto-assemblage spontané de molécule dite intelligente appelée tecton. Ces molécules possèdent l’habilité de se reconnaitre entre elles en utilisant diverses interactions intermoléculaires. L'assemblage résultant peut donner lieu à des matériaux moléculaires avec une organisation prévisible. Cette stratégie exige la création de nouveaux tectons, qui sont parfois difficiles à synthétiser et nécessitent dans la plupart des cas de nombreuses étapes de synthèse, ce qui empêche ou limite leur mise en application pratique. De plus, une fois formées, les liaisons unissant le corps central du tecton avec ces groupements de reconnaissance moléculaire ne peuvent plus être rompues, ce qui ne permet pas de remodeler le tecton par une procédure synthétique simple. Afin de contourner ces obstacles, nous proposons d’utiliser une stratégie hybride qui se sert de la coordination métallique pour construire le corps central du tecton, combinée avec l'utilisation des interactions plus faibles pour contrôler l'association. Nous appelons une telle entité métallotecton du fait de la présence du métal. Pour explorer cette stratégie, nous avons construit une série de ligands ditopiques comportant soit une pyridine, une bipyridine ou une phénantroline pour favoriser la coordination métallique, substitués avec des groupements diaminotriazinyles (DAT) pour permettre aux complexes de s'associer par la formation de ponts hydrogène. En plus de la possibilité de créer des métallotectons par coordination, ces ligands ditopiques ont un intérêt intrinsèque en chimie supramoléculaire en tant qu'entités pouvant s'associer en 3D et en 2D. En parallèle à notre étude de la chimie de coordination, nous avons ii examiné l'association des ligands, ainsi que celle des analogues, par la diffraction des rayons-X (XRD) et par la microscopie de balayage à effet tunnel (STM). L'adsorption de ces molécules sur la surface de graphite à l’interface liquide-solide donne lieu à la formation de différents réseaux 2D par un phénomène de nanopatterning. Pour comprendre les détails de l'adsorption moléculaire, nous avons systématiquement comparé l’organisation observée en 2D par STM avec celle favorisée dans les structures 3D déterminées par XRD. Nous avons également simulé l'adsorption par des calculs théoriques. Cette approche intégrée est indispensable pour bien caractériser l’organisation moléculaire en 2D et pour bien comprendre l'origine des préférences observées. Ces études des ligands eux-mêmes pourront donc servir de référence lorsque nous étudierons l'association des métallotectons dérivés des ligands par coordination. Notre travail a démontré que la stratégie combinant la chimie de coordination et la reconnaissance moléculaire est une méthode de construction rapide et efficace pour créer des réseaux supramoléculaires. Nous avons vérifié que la stratégie de la tectonique moléculaire est également efficace pour diriger l'organisation en 3D et en 2D, qui montre souvent une homologie importante. Nous avons trouvé que nos ligands hétérocycliques ont une aptitude inattendue à s’adsorber fortement sur la surface de graphite, créant ainsi des réseaux organisés à l'échelle du nanomètre. L’ensemble de ces résultats promet d’offrir des applications dans plusieurs domaines, dont la catalyse hétérogène et la nanotechnologie. Mots clés : tectonique moléculaire, interactions intermoléculaires, stratégie hybride, coordination métallique, diffraction des rayons-X, microscopie de balayage à effet tunnel, graphite, phénomène de nanopatterning, calculs théoriques, ponts hydrogène, chimie supramoléculaire, ligands hétérocycliques, groupements DAT, catalyse hétérogène, nanotechnologie.

Les facteurs associés à la dépression maternelle postnatale : un examen de leurs interactions et de leurs contributions à sa persistance de la naissance jusqu’au début de la deuxième année de vie

Cette étude vise à déterminer les meilleurs prédicteurs de la dépression postnatale, à examiner leurs effets d’interaction et à identifier les corrélats qui prédisent le mieux la persistance des symptômes dépressifs entre 3 et 15 mois après la naissance. Cent quarante-cinq dyades mères-enfant, à risque modéré sur le plan psychosocial ont été évaluées à 3, 8 et 15 mois, lors de visites au domicile ou en laboratoire. Les mères ont complété le Symptom Checklist-90-R (SCL-90-R; Derogatis, 1994) afin de mesurer leurs symptômes dépressifs. Elles ont aussi complété d’autres questionnaires portant sur de nombreux corrélats liés à différents niveaux écosystémiques. Plus précisément, les corrélats liés à l’ontosystème, soit la mère, sont : son âge, son niveau de scolarité, son statut d’emploi, son état de santé, la présence de stress psychologiques et les cognitions-maternelles (sentiment d’efficacité parental, impact parental perçu, comportements parentaux hostiles-réactifs et de surprotection). Pour le microsystème, le tempérament de l’enfant, son développement cognitif et moteur ainsi que la qualité de la relation conjugale sont examinés. Enfin, le soutien social et le revenu familial sont considérés comme des corrélats de l’exosystème. Les résultats montrent que la dépression prénatale, le stress psychologique prénatal et postnatal, l’état de santé de la mère et le développement mental de l’enfant ont un lien significatif avec la dépression postnatale, à tous les temps de mesure, lorsqu’observés de façon indépendante. Ce lien se maintient pour le stress psychologique postnatal, même en présence d’autres variables. Des effets d’interaction significatifs sont observés entre le stress psychologique postnatal et le développement mental de l’enfant, ainsi qu’entre le stress psychologique postnatal et l’état de santé de la mère, dans la prédiction de la dépression postnatale. Enfin, les analyses portant sur la persistance de la dépression postnatale n’ont pu être réalisées vu des scores de dépression trop faibles.

Iis--integrated Interactome System: A Web-based Platform For The Annotation, Analysis And Visualization Of Protein-metabolite-gene-drug Interactions By Integrating A Variety Of Data Sources And Tools.

High-throughput screening of physical, genetic and chemical-genetic interactions brings important perspectives in the Systems Biology field, as the analysis of these interactions provides new insights into protein/gene function, cellular metabolic variations and the validation of therapeutic targets and drug design. However, such analysis depends on a pipeline connecting different tools that can automatically integrate data from diverse sources and result in a more comprehensive dataset that can be properly interpreted. We describe here the Integrated Interactome System (IIS), an integrative platform with a web-based interface for the annotation, analysis and visualization of the interaction profiles of proteins/genes, metabolites and drugs of interest. IIS works in four connected modules: (i) Submission module, which receives raw data derived from Sanger sequencing (e.g. two-hybrid system); (ii) Search module, which enables the user to search for the processed reads to be assembled into contigs/singlets, or for lists of proteins/genes, metabolites and drugs of interest, and add them to the project; (iii) Annotation module, which assigns annotations from several databases for the contigs/singlets or lists of proteins/genes, generating tables with automatic annotation that can be manually curated; and (iv) Interactome module, which maps the contigs/singlets or the uploaded lists to entries in our integrated database, building networks that gather novel identified interactions, protein and metabolite expression/concentration levels, subcellular localization and computed topological metrics, GO biological processes and KEGG pathways enrichment. This module generates a XGMML file that can be imported into Cytoscape or be visualized directly on the web. We have developed IIS by the integration of diverse databases following the need of appropriate tools for a systematic analysis of physical, genetic and chemical-genetic interactions. IIS was validated with yeast two-hybrid, proteomics and metabolomics datasets, but it is also extendable to other datasets. IIS is freely available online at: http://www.lge.ibi.unicamp.br/lnbio/IIS/.

Ant-caterpillar Antagonism At The Community Level: Interhabitat Variation Of Tritrophic Interactions In A Neotropical Savanna.

Ant foraging on foliage can substantially affect how phytophagous insects use host plants and represents a high predation risk for caterpillars, which are important folivores. Ant-plant-herbivore interactions are especially pervasive in cerrado savanna due to continuous ant visitation to liquid food sources on foliage (extrafloral nectaries, insect honeydew). While searching for liquid rewards on plants, aggressive ants frequently attack or kill insect herbivores, decreasing their numbers. Because ants vary in diet and aggressiveness, their effect on herbivores also varies. Additionally, the differential occurrence of ant attractants (plant and insect exudates) on foliage produces variable levels of ant foraging within local floras and among localities. Here, we investigate how variation of ant communities and of traits among host plant species (presence or absence of ant attractants) can change the effect of carnivores (predatory ants) on herbivore communities (caterpillars) in a cerrado savanna landscape. We sampled caterpillars and foliage-foraging ants in four cerrado localities (70-460 km apart). We found that: (i) caterpillar infestation was negatively related with ant visitation to plants; (ii) this relationship depended on local ant abundance and species composition, and on local preference by ants for plants with liquid attractants; (iii) this was not related to local plant richness or plant size; (iv) the relationship between the presence of ant attractants and caterpillar abundance varied among sites from negative to neutral; and (v) caterpillars feeding on plants with ant attractants are more resistant to ant predation than those feeding on plants lacking attractants. Liquid food on foliage mediates host plant quality for lepidopterans by promoting generalized ant-caterpillar antagonism. Our study in cerrado shows that the negative effects of generalist predatory ants on herbivores are detectable at a community level, affecting patterns of abundance and host plant use by lepidopterans. The magnitude of ant-induced effects on caterpillar occurrence across the cerrado landscape may depend on how ants use plants locally and how they respond to liquid food on plants at different habitats. This study enhances the relevance of plant-ant and ant-herbivore interactions in cerrado and highlights the importance of a tritrophic perspective in this ant-rich environment.

Contrasting Effects Of Land Use Intensity And Exotic Host Plants On The Specialization Of Interactions In Plant-herbivore Networks.

Human land use tends to decrease the diversity of native plant species and facilitate the invasion and establishment of exotic ones. Such changes in land use and plant community composition usually have negative impacts on the assemblages of native herbivorous insects. Highly specialized herbivores are expected to be especially sensitive to land use intensification and the presence of exotic plant species because they are neither capable of consuming alternative plant species of the native flora nor exotic plant species. Therefore, higher levels of land use intensity might reduce the proportion of highly specialized herbivores, which ultimately would lead to changes in the specialization of interactions in plant-herbivore networks. This study investigates the community-wide effects of land use intensity on the degree of specialization of 72 plant-herbivore networks, including effects mediated by the increase in the proportion of exotic plant species. Contrary to our expectation, the net effect of land use intensity on network specialization was positive. However, this positive effect of land use intensity was partially canceled by an opposite effect of the proportion of exotic plant species on network specialization. When we analyzed networks composed exclusively of endophagous herbivores separately from those composed exclusively of exophagous herbivores, we found that only endophages showed a consistent change in network specialization at higher land use levels. Altogether, these results indicate that land use intensity is an important ecological driver of network specialization, by way of reducing the local host range of herbivore guilds with highly specialized feeding habits. However, because the effect of land use intensity is offset by an opposite effect owing to the proportion of exotic host species, the net effect of land use in a given herbivore assemblage will likely depend on the extent of the replacement of native host species with exotic ones.

Graphene Oxide: A Carrier For Pharmaceuticals And A Scaffold For Cell Interactions.

During the last ten years, graphene oxide has been explored in many applications due to its remarkable electroconductivity, thermal properties and mobility of charge carriers, among other properties. As discussed in this review, the literature suggests that a total characterization of graphene oxide must be conducted because oxidation debris (synthesis impurities) present in the graphene oxides could act as a graphene oxide surfactant, stabilizing aqueous dispersions. It is also important to note that the structure models of graphene oxide need to be revisited because of significant implications for its chemical composition and its direct covalent functionalization. Another aspect that is discussed is the need to consider graphene oxide surface chemistry. The hemolysis assay is recommended as a reliable test for the preliminary assessment of graphene oxide toxicity, biocompatibility and cell membrane interaction. More recently, graphene oxide has been extensively explored for drug delivery applications. An important increase in research efforts in this emerging field is clearly represented by the hundreds of related publications per year, including some reviews. Many studies have been performed to explore the graphene oxide properties that enable it to deliver more than one activity simultaneously and to combine multidrug systems with photothermal therapy, indicating that graphene oxide is an attractive tool to overcome hurdles in cancer therapies. Some strategic aspects of the application of these materials in cancer treatment are also discussed. In vitro studies have indicated that graphene oxide can also promote stem cell adhesion, growth and differentiation, and this review discusses the recent and pertinent findings regarding graphene oxide as a valuable nanomaterial for stem cell research in medicine. The protein corona is a key concept in nanomedicine and nanotoxicology because it provides a biomolecular identity for nanomaterials in a biological environment. Understanding protein corona-nanomaterial interactions and their influence on cellular responses is a challenging task at the nanobiointerface. New aspects and developments in this area are discussed.

Interplay Of Weak Interactions In The Atom-by-atom Condensation Of Xenon Within Quantum Boxes.

Condensation processes are of key importance in nature and play a fundamental role in chemistry and physics. Owing to size effects at the nanoscale, it is conceptually desired to experimentally probe the dependence of condensate structure on the number of constituents one by one. Here we present an approach to study a condensation process atom-by-atom with the scanning tunnelling microscope, which provides a direct real-space access with atomic precision to the aggregates formed in atomically defined 'quantum boxes'. Our analysis reveals the subtle interplay of competing directional and nondirectional interactions in the emergence of structure and provides unprecedented input for the structural comparison with quantum mechanical models. This approach focuses on-but is not limited to-the model case of xenon condensation and goes significantly beyond the well-established statistical size analysis of clusters in atomic or molecular beams by mass spectrometry.

Effect of zinc insertion and hydrophobicity on the membrane interactions and PDT activity of porphyrin photosensitizers

A series of photosensitizers (PS), which are meso-substituted tetra-cationic porphyrins, was synthesized in order to study the role of amphiphilicity and zinc insertion in photodynamic therapy (PDT) efficacy. Several properties of the PS were evaluated and compared within the series including photophysical properties (absorption spectra, fluorescence quantum yield Phi(f), and singlet oxygen quantum yield Phi(Delta)), uptake by vesicles, mitochondria and HeLa cells, dark and phototoxicity in HeLa cells. The photophysical properties of all compounds are quite similar (Phi(f) <= 0.02; Phi(Delta) similar to 0.8). An increase in lipophilicity and the presence of zinc in the porphyrin ring result in higher vesicle and cell uptake. Binding in mitochondria is dependent on the PS lipophilicity and on the electrochemical membrane potential, i.e., in uncoupled mitochondria PS binding decreases by up to 53%. The porphyrin substituted with octyl groups (TC8PyP) is the compound that is most enriched in mitochondria, and its zinc derivative (ZnTC8PyP) has the highest global uptake. The stronger membrane interaction of the zinc-substituted porphyrins is attributed to a complexing effect with phosphate groups of the phospholipids. Zinc insertion was also shown to decrease the interaction with isolated mitochondria and with the mitochondria of HeLa cells, an effect that has been explained by the particular characteristics of the mitochondrial internal membrane. Phototoxicity was shown to increase proportionally with membrane binding efficiency, which is attributed to favorable membrane interactions which allow more efficient membrane photooxidation. For this series of compounds, photodynamic efficiency is directly proportional to the membrane binding and cell uptake, but it is not totally related to mitochondrial targeting.