Regulatory roles of microtubule-associated proteins in neuronal morphogenesis. Involvement of the extracellular matrix

As a result of recent investigations, the cytoskeleton can be viewed as a cytoplasmic system of interconnected filaments with three major integrative levels: self-assembling macromolecules, filamentous polymers, e.g., microtubules, intermediate filaments and actin filaments, and supramolecular structures formed by bundles of these filaments or networks resulting from cross-bridges between these major cytoskeletal polymers. The organization of this biological structure appears to be sensitive to fine spatially and temporally dependent regulatory signals. In differentiating neurons, regulation of cytoskeleton organization is particularly relevant, and the microtubule-associated protein (MAP) tau appears to play roles in the extension of large neuritic processes and axons as well as in the stabilization of microtubular polymers along these processes. Within this context, tau is directly involved in defining neuronal polarity as well as in the generation of neuronal growth cones. There is increasing evidence that elements of the extracellular matrix contribute to the control of cytoskeleton organization in differentiating neurons, and that these regulations could be mediated by changes in MAP activity. In this brief review, we discuss the possible roles of tau in mediating the effects of extracellular matrix components on the internal cytoskeletal arrays and its organization in growing neurons.

Designing sustainable industrial ecosystems : the case of a biogas-for-traffic solution

This thesis focuses on the development of sustainable industrial architectures for bioenergy based on the metaphors of industrial symbiosis and industrial ecosystems, which imply exchange of material and energy side-flows of various industries in order to improve sustainability of those industries on a system level. The studies on industrial symbiosis have been criticised for staying at the level of incremental changes by striving for cycling waste and by-flows of the industries ‘as is’ and leaving the underlying industry structures intact. Moreover, there has been articulated the need for interdisciplinary research on industrial ecosystems as well as the need to extend the management and business perspectives on industrial ecology. This thesis addresses this call by applying a business ecosystem and business model perspective on industrial symbiosis in order to produce knowledge on how industrial ecosystems can be developed that are sustainable environmentally and economically. A case of biogas business is explored and described in four research papers and an extended summary that form this thesis. Since the aim of the research was to produce a normative model for developing sustainable industrial ecosystems, the methodology applied in this research can be characterised as constructive and collaborative. A constructive research mode was required in order to expand the historical knowledge on industrial symbiosis development and business ecosystem development into the knowledge of what should be done, which is crucial for sustainability and the social change it requires. A collaborative research mode was employed through participating in a series of projects devoted to the development of a biogas-for-traffic industrial ecosystem. The results of the study showed that the development of material flow interconnections within industrial symbiosis is inseparable from larger business ecosystem restructuring. This included a shift in the logic of the biogas and traffic fuel industry and a subsequent development of a business ecosystem that would entail the principles of industrial symbiosis and localised energy production and consumption. Since a company perspective has been taken in this thesis, the role of an ecosystem integrator appeared as a crucial means to achieve the required industry restructuring. This, in turn, required the development of a modular and boundary-spanning business model that had a strong focus on establishing collaboration among ecosystem stakeholders and development of multiple local industrial ecosystems as part of business growth. As a result, the designed business model of the ecosystem integrator acquired the necessary flexibility in order to adjust to local conditions, which is crucial for establishing industrial symbiosis. This thesis presents a normative model for the development of a business model required for creating sustainable industrial ecosystems, which contributes to approaches at the policy-makers’ level, proposed earlier. Therefore, this study addresses the call for more research on the business level of industrial ecosystem formation and the implications for the business models of the involved actors. Moreover, the thesis increases the understanding of system innovation and innovation in business ecosystems by explicating how business model innovation can be the trigger for achieving more sustainable industry structures, such as those relying on industrial symbiosis.

Modification of commercial poly-lactide for extrusion coated food packaging applications

Poly-L-lactide (PLLA) is a widely used sustainable and biodegradable alternative to replace synthetic non-degradable plastic materials in the packaging industry. Conversely, its processing properties are not always optimal, e.g. insufficient melt strength at higher temperatures (necessary in extrusion coating processes). This thesis reports on research to improve properties of commercial PLLA grade (3051D from NatureWorks), to satisfy and extend end-use applications, such as food packaging by blending with modified PLLA. Adjustment of the processability by chain branching of commercial poly-L-lactide initiated by peroxide was evaluated. Several well-defined branched structures with four arms (sPLLA) were synthesized using pentaerythritol as a tetra-functional initiator. Finally, several block copolymers consisting of polyethylene glycol and PLLA (i.e. PEGLA) were produced to obtain a well extruded material with improved heat sealing properties. Reactive extrusion of poly-L-lactide was carried out in the presence of 0.1, 0.3 and 0.5 wt% of various peroxides [tert-butyl-peroxybenzoate (TBPB), 2,5-dimethyl-2,5-(tert-butylperoxy)-hexane (Lupersol 101; LOL1) and benzoyl peroxide (BPO)] at 190C. The peroxide-treated PLLAs showed increased complex viscosity and storage modulus at lower frequencies, indicating the formation of branched/cross linked architectures. The material property changes were dependent on the peroxide, and the used peroxide concentration. Gel fraction analysis showed that the peroxides, afforded different gel contents, and especially 0.5 wt% peroxide, produced both an extremely high molar mass, and a cross linked structure, not perhaps well suited for e.g. further use in a blending step. The thermal behavior was somewhat unexpected as the materials prepared with 0.5 wt% peroxide showed the highest ability for crystallization and cold crystallization, despite substantial cross linking. The peroxide-modified PLLA, i.e. PLLA melt extruded with 0.3 wt% of TBPB and LOL1 and 0.5 wt% BPO was added to linear PLLA in ratios of 5, 15 and 30 wt%. All blends showed increased zero shear viscosity, elastic nature (storage modulus) and shear sensitivity. All blends remained amorphous, though the ability of annealing was improved slightly. Extrusion coating on paperboard was conducted with PLLA, and peroxide-modified PLLA blends (90:10). All blends were processable, but only PLLA with 0.3 wt% of LOL1 afforded a smooth high quality surface with improved line speed. Adhesion levels between fiber and plastic, as well as heat seal performance were marginally reduced compared with pure 3051D. The water vapor transmission measurements (WVTR) of the blends containing LOL1 showed acceptable levels, only slightly lower than for comparable PLLA 3051D. A series of four-arm star-shaped poly-L-lactide (sPLLA) with different branch length was synthesized by ring opening polymerization (ROP) of L-lactide using pentaerythritol as initiator and stannous octoate as catalyst. The star-shaped polymers were further blended with its linear resin and studied for their melt flow and thermal properties. Blends containing 30 wt% of sPLLA with low molecular weight (30 wt%; Mwtotal: 2500 g mol-1 and 15000 g mol-1) showed lower zero shear viscosity and significantly increased shear thinning, while at the same time slightly increased crystallization of the blend. However, the amount of crystallization increased significantly with the higher molecular weight sPLLA, therefore the star-shaped structure may play a role as nucleating agent. PLLA-polyethylene glycol–PLLA triblock copolymers (PEGLA) with different PLLA block length were synthesized and their applicability as blends with linear PLLA (3051D NatureWorks) was investigated with the intention of improving heat-seal and adhesion properties of extrusion-coated paperboard. PLLA-PEG-PLLA was obtained by ring opening polymerization (ROP) of L-lactide using PEG (molecular weight 6000 g mol-1) as an initiator, and stannous octoate as catalyst. The structures of the PEGLAs were characterized by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR). The melt flow and thermal properties of all PEGLAs and their blends were evaluated using dynamic rheology, and differential scanning calorimeter (DSC). All blends containing 30 wt% of PEGLAs showed slightly higher zero shear viscosity, higher shear thinning and increased melt elasticity (based on tan delta). Nevertheless, no significant changes in thermal properties were distinguished. High molecular weight PEGLAs were used in extrusion coating line with 3051D without problems.

Formal development of resilient distributed systems

Resilience is the property of a system to remain trustworthy despite changes. Changes of a different nature, whether due to failures of system components or varying operational conditions, significantly increase the complexity of system development. Therefore, advanced development technologies are required to build robust and flexible system architectures capable of adapting to such changes. Moreover, powerful quantitative techniques are needed to assess the impact of these changes on various system characteristics. Architectural flexibility is achieved by embedding into the system design the mechanisms for identifying changes and reacting on them. Hence a resilient system should have both advanced monitoring and error detection capabilities to recognise changes as well as sophisticated reconfiguration mechanisms to adapt to them. The aim of such reconfiguration is to ensure that the system stays operational, i.e., remains capable of achieving its goals. Design, verification and assessment of the system reconfiguration mechanisms is a challenging and error prone engineering task. In this thesis, we propose and validate a formal framework for development and assessment of resilient systems. Such a framework provides us with the means to specify and verify complex component interactions, model their cooperative behaviour in achieving system goals, and analyse the chosen reconfiguration strategies. Due to the variety of properties to be analysed, such a framework should have an integrated nature. To ensure the system functional correctness, it should rely on formal modelling and verification, while, to assess the impact of changes on such properties as performance and reliability, it should be combined with quantitative analysis. To ensure scalability of the proposed framework, we choose Event-B as the basis for reasoning about functional correctness. Event-B is a statebased formal approach that promotes the correct-by-construction development paradigm and formal verification by theorem proving. Event-B has a mature industrial-strength tool support { the Rodin platform. Proof-based verification as well as the reliance on abstraction and decomposition adopted in Event-B provides the designers with a powerful support for the development of complex systems. Moreover, the top-down system development by refinement allows the developers to explicitly express and verify critical system-level properties. Besides ensuring functional correctness, to achieve resilience we also need to analyse a number of non-functional characteristics, such as reliability and performance. Therefore, in this thesis we also demonstrate how formal development in Event-B can be combined with quantitative analysis. Namely, we experiment with integration of such techniques as probabilistic model checking in PRISM and discrete-event simulation in SimPy with formal development in Event-B. Such an integration allows us to assess how changes and di erent recon guration strategies a ect the overall system resilience. The approach proposed in this thesis is validated by a number of case studies from such areas as robotics, space, healthcare and cloud domain.

Post-transaction brand and model line-up integration in the automotive industry: Case studies of European companies as target of acquisitions by Chinese and Indian multinational corporations

Corporations practice company acquisitions in order to create shareholder’s value. During the last few decades, the companies in emerging markets have become active in the acquisition business. During the last decade, large and significant acquisitions have occurred especially in automotive industry. While domestic markets have become too competitive and companies are lacking required capabilities, they seek possibilities to expand into Western markets by attaining valuable assets through acquisitions of developed country corporations. This study discusses the issues and characteristics of these acquisitions through case studies. The purpose of this study was to identify the acquisition motives and strategies for post-transaction brand and product integration as well as analyze the effect of the motives to the integration strategy. The cases chosen for the research were Chinese Geely acquiring Swedish Volvo in 2010 and Indian Tata Motors buying British Jaguar Land Rover in 2008. The main topics were chosen according to their significance for companies in automotive industry as well as those are most visible parts for consumers. The study is based on qualitative case study methods, analyzing secondary data from academic papers and news articles as well as companies’ own announcements e.g. stock exchange and press releases. The study finds that the companies in the cases mainly possessed asset-seeking and market-seeking motives. In addition, the findings refer to rather minimal post-acquisition brand and product integration strategies. Mainly the parent companies left the target company autonomous to make their own business strategies and decisions. The most noticeable integrations were in the product development and production processes. Through restructuring the product architectures, the companies were able to share components and technology between product families and brands, which results in cutting down costs and in increase of profitability and efficiency. In the Geely- Volvo case, the strategy focused more on component sharing and product development know-how, whereas in Tata Motors-Jaguar Land Rover case, the main actions were to cut down costs through component sharing and combine production and distribution networks especially in Asian markets. However, it was evident that in both cases the integration and technology sharing were executed cautiously to prevent on harming the valuable image of the luxury brand. This study has concluded that the asset-seeking motives have significant influence on the posttransaction brand and model line-up integration strategies. By taking a cautious approach in acquiring assets, such as luxury brand, the companies in the cases have implemented a successful post-acquisition strategy and managed to create value for the shareholders at least in short-term. Yritykset harjoittavat yritysostoja luodakseen osakkeenomistajille lisäarvoa. Viimeisten muutamien vuosikymmenien aikana yritykset kehittyvissä maissa ovat myös aktivoituneet yritysostoissa. Viimeisen vuosikymmenen aikana erityisesti autoteollisuudessa on esiintynyt suuria ja merkittäviä yritysostoja. Koska kilpailu kotimaan markkinoilla on kiristynyt ja yritykset ovat vailla vaadittavia valmiuksia, ne etsivät mahdollisuuksiaan laajentaa länsimaisiin markkinoihin hankkimalla arvokkaita etuja kehittyneiden maiden yrityksistä yritysostojen avulla. Tämä tutkimus pohtii näiden yritysostojen olennaisia kysymyksiä ja ominaisuuksia casetutkimuksien kautta. Tutkimuksen tarkoitus oli tunnistaa sekä yritysostojen motiiveja ja brändi- ja mallisto-integraation strategioita että analysoida kyseisten motiivien vaikutusta integraatiostrategiaan. Tapaus-tutkimuksiksi valittiin kiinalaisen Geelyn yritysosto ruotsalaisesta Volvosta vuonna 2010 ja intialaisen Tata Motorsin yritysosto englantilaisesta Jaguar Land Roverista vuonna 2008. Tutkimus on kvalitatiivinen case-tutkimus ja siinä analysoidaan toissijaista tietoa sekä akateemisten ja uutisartikkeleiden että yritysten omien ilmoitusten, kuten pörssi- ja lehdistötiedotteiden, kautta. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että tutkittujen yritysten toiminnat perustuivat motiiveihin, joita ajoivat etujen and uusien markkinoiden tarve. Sen lisäksi tutkimustulokset osoittivat, että yritysoston jälkeinen brändi- ja mallisto-integraatio pidettiin minimaalisena. Pääasiallisesti kohdeyrityksille jätettiin autonomia tehdä omat liikkeenjohdolliset päätökset yritysstrategioihin liittyen. Huomattavimmat integraatiot koskivat tuotekehityksellisiä ja tuotannollisia prosesseja. Kehittämällä uudelleen tuotearkkitehtuureja, yritykset pystyivät jakamaan komponentteja ja teknologiaa tuoteperheiden ja brändien välillä. Tämä mahdollisti kustannusleikkauksia sekä kannattavuuden ja tehokkuuden parantamista. Geely-Volvo –tapauksessa integraatiostrategia keskittyi komponenttien jakamiseen yhteisten tuotearkkitehtuurien avulla ja tuotekehityksen ammattitaitoon, kun taas Tata Motors-JLR –tapauksessa päätoiminnat olivat kustannuksien leikkaus sekä tuotannon ja jakeluverkoston yhdistäminen erityisesti Aasian maissa. Yhteistä yrityskaupoissa oli, että brändi- ja mallisto-integraatio sekä teknologian jakaminen suoritettiin varoen ehkäistäkseen arvokkaiden luksus-brändien tuotekuvan vahingoittamista. Tutkimuksen lopputulokset osoittavat, että yrityskaupan motiiveilla on huomattava vaikutus brändija mallisto-integraation strategiaan. Toteuttamalla varovaista lähestymistapaa luksus-brändin hankinnassa ja integraatiossa, yritykset ovat onnistuneet luomaan lisäarvoa osakkeenomistajille vähintään lyhyellä aikavälillä.

Utilization of multi-branding in business to business markets

Case company utilizes multi-branding strategy (or house of brands strategy) in its product portfolio. In practice the company has multiple brands – one main brand and four acquired brands – which all utilize one single product platform. The objective of this research is to analyze case company’s multi-branding strategy and its benefits and challenges. Moreover, the purpose is to clarify that how could a company in B2B markets utilize multi-branding strategy more efficiently and profitably. The theoretical part of this thesis consists of aspects of branding strategies; different brand name architectures, benefits and challenges of different strategies and different ways of utilize branding strategies in mergers and acquisitions. The empirical part, on the other hand, includes the description of the case company’s branding strategy and the employees’ perspective on the benefits and challenges of multi-branding strategy, and how to utilize it more efficiently and profitably. This study shows, that the major benefits of utilizing multi-branding are lower production costs, ability to reach wider market coverage, possibility to utilize common sales tools, synergies in R&D and shared resources. On the other hand, the major challenges are lack of product differentiation, internal competition, branding issues in production and deliveries, pricing issues and conflicts, and compromises in product compatibility and suitability. Based on the results, several ways to utilize multi-branding strategy more efficiently and profitably were found; by putting more effort on brand image and product differentiation, by having more co-operation among the brands and by focusing on more precise customer and market segmentation.

Systematic mapping study on integration of B2B customers in ERP

Business-to-business terminology is relatively new as a business concept, so is the enterprise resource planning system in information technology. Research, implementation and integration of these two concept has been observed for last two decades in this paper. One of the major success point for growth in business-to-business environment is the availability of internal and partner data. Enterprise resource planning system facilitates storing, analysis of such data and enables different business process automation, forecasting and numerous value creating activity. In order to achieve such functionality for B2B customers, integrating them within ERP is very useful. This paper aims at understanding and suggesting such integration through investigating related documentation of similar integration scenarios, infrastructure, models and architectures. The investigation of the topic of this paper has been made using systematic mapping study of related papers and listing and suggesting necessary ingredients that enables such integration. Furthermore, this paper also suggests possibilities to overcome challenges integration experts might face during the integration phase and opens doors to future research scope in the related fields.

Pretraining Convolutional Neural Networks for Visual Recognition

Convolutional Neural Networks (CNN) have become the state-of-the-art methods on many large scale visual recognition tasks. For a lot of practical applications, CNN architectures have a restrictive requirement: A huge amount of labeled data are needed for training. The idea of generative pretraining is to obtain initial weights of the network by training the network in a completely unsupervised way and then fine-tune the weights for the task at hand using supervised learning. In this thesis, a general introduction to Deep Neural Networks and algorithms are given and these methods are applied to classification tasks of handwritten digits and natural images for developing unsupervised feature learning. The goal of this thesis is to find out if the effect of pretraining is damped by recent practical advances in optimization and regularization of CNN. The experimental results show that pretraining is still a substantial regularizer, however, not a necessary step in training Convolutional Neural Networks with rectified activations. On handwritten digits, the proposed pretraining model achieved a classification accuracy comparable to the state-of-the-art methods.

Evangelia quattuor.

Ce ms. renferme la lettre de saint Jérôme au pape Damase, "Beato papae Damaso..." (1-3v), sa préface "Plures fuisse" (4-6r), les tables de concordances évangéliques (6v-14r), les textes des quatre Évangiles accompagnés des préfaces, prologues et sommaires (14v-213v), ainsi que le Capitulare evangeliorum ou liste des péricopes évangéliques (214-231v). En marge des Évangiles, numérotation des chapitres des sommaires à l'encre rouge et indication des concordances évangéliques à l'encre brune. Entre les ff. 61 et 66, 96- 101, 155-160v et 204v-208v (c'est-à-dire dans les passages correspondant à la Passion dans chacun des quatre Evangiles), de petites lettres à l'encre rouge orangé (a, c, m) introduisent les différents protagonistes du discours, le m désignant le Christ, le c Pilate et le a le narrateur. Au f. 155, le m est partiellement développé sous la forme "mans.". Ces indications nous renseignent sur les pratiques de la lecture liturgique, qui s'effectuait à plusieurs voix. Nombreuses corrections marginales ou interlinéaires à l'encre rouge ou noire, mots à corriger parfois surlignés en couleur (cf. "aliquid" f. 76v surligné en violet), mots réécrits par-dessus grattage aux ff. 115v-116 (par le copiste E).Dans le Capitulare evangeliorum, on remarquera, parmi un sanctoral à dominante romaine, la présence de deux saints mérovingiens du Hainaut, saint Ursmer, fêté le 18 avril (f. 226v), et sainte Amalberge, fêtée le 10 juillet (f. 228), ainsi que celle des saints Emerentienne et Macaire l'Egyptien, fêtés le 23 janvier (f. 225v), et des saints martyrs romains Pierre et Marcellin, fêtés le 2 juin (f. 227). Ursmer et Amalberge ont tous deux un lien avec l'abbaye bénédictine Saint-Pierre de Lobbes: le premier en est le véritable fondateur, la seconde y a été ensevelie, mais cela n'implique pas nécessairement que le ms. ait été exécuté à Lobbes, car le culte de ces deux saints jouissait d'une diffusion régionale. Quant aux autres saints, le culte de sainte Emerentienne et de saint Macaire était répandu en particulier dans les diocèses de Cambrai et Reims et celui des martyrs Pierre et Marcellin autour de Valenciennes, Gand et Soissons, où se trouvaient depuis le IXe siècles leurs reliques ; cf. sur le culte d'Amalberge, Pierre et Marcellin: F. Dolbeau, "La bibliothèque de l'abbaye d'Hasnon...", Revue des études augustiniennes 34 (1988), p. 237-246; sur celui d'Ursmer: F. Dolbeau, "La diffusion de la Vita S. Ursmari de Rathier de Vérone", Scribere sanctorum gesta. Recueil d'études d'hagiographie médiévale offert à Guy Philippart, Turnhout, 2005, p. 181-207.Au f. 231v ont été rajoutées diverses maximes et formules pieuses, par deux mains différentes, des XIIe-XIIIe siècles.

Anisotropie de la photoluminescence dans des nanostructures organiques chirales autoassemblées

Nous investiguons dans ce travail la dynamique des excitons dans une couche mince d’agrégats H autoassemblés hélicoïdaux de molécules de sexithiophène. Le couplage intermoléculaire (J=100 meV) place ce matériau dans la catégorie des semi-conducteurs à couplage de type intermédiaire. Le désordre énergétique et la forte interaction électronsphonons causent une forte localisation des excitons. Les espèces initiales se ramifient en deux états distincts : un état d’excitons autopiégés (rendement de 95 %) et un état à transfert de charge (rendement de 5%). À température de la pièce (293K), les processus de sauts intermoléculaires sont activés et l’anisotropie de la fluorescence décroît rapidement à zéro en 5 ns. À basse température (14K), les processus de sauts sont gelés. Pour caractériser la dynamique de diffusion des espèces, une expérience d’anisotropie de fluorescence a été effectuée. Celle-ci consiste à mesurer la différence entre la photoluminescence polarisée parallèlement au laser excitateur et celle polarisée perpendiculairement, en fonction du temps. Cette mesure nous donne de l’information sur la dépolarisation des excitons, qui est directement reliée à leur diffusion dans la structure supramoléculaire. On mesure une anisotropie de 0,1 après 20 ns qui perdure jusqu’à 50ns. Les états à transfert de charge causent une remontée de l’anisotropie vers une valeur de 0,15 sur une plage temporelle allant de 50 ns jusqu’à 210 ns (période entre les impulsions laser). Ces résultats démontrent que la localisation des porteurs est très grande à 14K, et qu’elle est supérieure pour les espèces à transfert de charge. Un modèle numérique simple d’équations différentielles à temps de vie radiatif et de dépolarisation constants permet de reproduire les données expérimentales. Ce modèle a toutefois ses limitations, notamment en ce qui a trait aux mécanismes de dépolarisation des excitons.

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.

Modification d'acides biliaires à l'aide de polymères pour en moduler les propriétés d'agrégation

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C.

Étude des propriétés de transport dans les hydrogels de curdlan

Les hydrogels de polysaccharide sont des biomatériaux utilisés comme matrices à libération contrôlée de médicaments et comme structures modèles pour l’étude de nombreux systèmes biologiques dont les biofilms bactériens et les mucus. Dans tous les cas, le transport de médicaments ou de nutriments à l’intérieur d’une matrice d’hydrogel joue un rôle de premier plan. Ainsi, l’étude des propriétés de transport dans les hydrogels s’avère un enjeu très important au niveau de plusieurs applications. Dans cet ouvrage, le curdlan, un polysaccharide neutre d’origine bactérienne et formé d’unités répétitives β-D-(1→3) glucose, est utilisé comme hydrogel modèle. Le curdlan a la propriété de former des thermogels de différentes conformations selon la température à laquelle une suspension aqueuse est incubée. La caractérisation in situ de la formation des hydrogels de curdlan thermoréversibles et thermo-irréversibles a tout d’abord été réalisée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) en mode réflexion totale atténuée à température variable. Les résultats ont permis d’optimiser les conditions de gélation, menant ainsi à la formation reproductible des hydrogels. Les caractérisations structurales des hydrogels hydratés, réalisées par imagerie FT-IR, par microscopie électronique à balayage en mode environnemental (eSEM) et par microscopie à force atomique (AFM), ont permis de visualiser les différentes morphologies susceptibles d’influencer la diffusion d’analytes dans les gels. Nos résultats montrent que les deux types d’hydrogels de curdlan ont des architectures distinctes à l’échelle microscopique. La combinaison de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à gradients pulsés et de l’imagerie RMN a permis d’étudier l’autodiffusion et la diffusion mutuelle sur un même système dans des conditions expérimentales similaires. Nous avons observé que la diffusion des molécules dans les gels est ralentie par rapport à celle mesurée en solution aqueuse. Les mesures d’autodiffusion, effectuées sur une série d’analytes de diverses tailles dans les deux types d’hydrogels de curdlan, montrent que le coefficient d’autodiffusion relatif décroit en fonction de la taille de l’analyte. De plus, nos résultats suggèrent que l’équivalence entre les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle dans les hydrogels de curdlan thermo-irréversibles est principalement due au fait que l’environnement sondé par les analytes durant une expérience d’autodiffusion est représentatif de celui exploré durant une expérience de diffusion mutuelle. Dans de telles conditions, nos résultats montrent que la RMN à gradients pulsés peut s’avérer une approche très avantageuse afin de caractériser des systèmes à libération contrôlée de médicaments. D’autres expériences de diffusion mutuelle, menées sur une macromolécule de dextran, montrent un coefficient de diffusion mutuelle inférieur au coefficient d’autodiffusion sur un même gel de curdlan. L’écart mesuré entre les deux modes de transport est attribué au volume différent de l’environnement sondé durant les deux mesures. Les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle similaires, mesurés dans les deux types de gels de curdlan pour les différents analytes étudiés, suggèrent une influence limitée de l’architecture microscopique de ces gels sur leurs propriétés de transport. Il est conclu que les interactions affectant la diffusion des analytes étudiés dans les hydrogels de curdlan se situent à l’échelle moléculaire.

Polyoxométallates hybrides : vers des systèmes covalents photoactifs dans le visible

Réalisé en cotutelle, sous la direction du Pr. Bernold Hasenknopf, à l'Institut Parisien de Chimie Moléculaire, Université Pierre et Marie Curie (Paris VI, France) et dans le cadre de l'Ecole Doctorale "Physique et Chimie des Matériaux" - Spécialité Chimie Inorganique (ED397).

Propriétés supramoléculaires des cations diimidazolium disubstitués : des complexes d’inclusion en solution aux interactions à l’état cristallin et cristal liquide

Les sels d’imidazolium ont un rôle important dans certaines protéines et acides nucléiques et ont été utilisés à de nombreuses reprises dans des assemblages supramoléculaires en raison de leurs propriétés uniques. Les sels de diimidazolium dérivés sont toutefois moins connus. Ils ont pour l’instant uniquement été utilisés comme des précurseurs de carbènes N-hétérocycliques. Ils sont donc à la base de plusieurs catalyseurs utilisés pour des réactions de couplage croisés mais leurs propriétés sont toutefois méconnues dans le cadre de la chimie supramoléculaire. Cette classe de composés a nottament attiré notre attention en raison de la facilité de modification de leurs propriétés physico-chimiques par modification de leur structure chimique. L’objectif général des travaux présentés dans cette thèse est l’étude des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium disubstitués en solution (aqueuse ou organique), ainsi qu’en phase solide ou cristal-liquide. L’influence de l’espaceur entre les deux noyaux imidazolium ainsi que l’influence des substituants latéraux et des contre-ions a été étudiée. Dans un premier temps, les propriétés de complexation des sels de diimidazolium à des macrocycles sont étudiées. Les sels bromure sont étudiés en solution aqueuse avec plusieurs cyclodextrines et le cucurbit[7]uril, et les sels hexafluorophosphate sont étudiés en solution organique pour leur complexation avec l’éther couronne DB24C8 et un calix[4]arène. Cette nouvelle classe de composés a montré de très bonnes propriétés de complexation à ces différents macrocycles en solution et a également permis de contrôler différents assemblages supramoléculaires à l’interface air-eau. Dans un deuxième temps, l’étude des sels de phénylènediimidazolium a permis de modifier les propriétés de complexation en solution pour obtenir la formation de complexes multiples avec le cucurbit[7]util en solution aqueuse. Cette même famille de composés a également permis la formation de cristaux liquides ioniques lorsque les substituants sont des chaînes alkyles plus longues. La résolution de plusieurs structures cristallines de différents sels de diimidazolium a finalement permis de comprendre la nature des interactions intermoléculaires à l’état cristallin. La recherche présentée dans cette thèse a donc permis une étude détaillée des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium dans tous les états de la matière qui leur sont accessibles.