Quantifying diffusion in biofilms : from model hydrogels to living biofilms

Les biofilms sont des communautés de microorganismes incorporés dans une matrice exo-polymérique complexe. Ils sont reconnus pour jouer un rôle important comme barrière de diffusion dans les systèmes environnementaux et la santé humaine, donnant lieu à une résistance accrue aux antibiotiques et aux désinfectants. Comme le transfert de masse dans un biofilm est principalement dû à la diffusion moléculaire, il est primordial de comprendre les principaux paramètres influençant les flux de diffusion. Dans ce travail, nous avons étudié un biofilm de Pseudomonas fluorescens et deux hydrogels modèles (agarose et alginate) pour lesquels l’autodiffusion (mouvement Brownien) et les coefficients de diffusion mutuels ont été quantifiés. La spectroscopie par corrélation de fluorescence a été utilisée pour mesurer les coefficients d'autodiffusion dans une volume confocal de ca. 1 m3 dans les gels ou les biofilms, tandis que les mesures de diffusion mutuelle ont été faites par cellule de diffusion. En outre, la voltamétrie sur microélectrode a été utilisée pour évaluer le potentiel de Donnan des gels afin de déterminer son impact sur la diffusion. Pour l'hydrogel d'agarose, les observations combinées d'une diminution du coefficient d’autodiffusion et de l’augmentation de la diffusion mutuelle pour une force ionique décroissante ont été attribuées au potentiel de Donnan du gel. Des mesures de l'effet Donnan (différence de -30 mV entre des forces ioniques de 10-4 et 10-1 M) et l'accumulation correspondante d’ions dans l'hydrogel (augmentation d’un facteur de 13 par rapport à la solution) ont indiqué que les interactions électrostatiques peuvent fortement influencer le flux de diffusion de cations, même dans un hydrogel faiblement chargé tel que l'agarose. Curieusement, pour un gel plus chargé comme l'alginate de calcium, la variation de la force ionique et du pH n'a donné lieu qu'à de légères variations de la diffusion de sondes chargées dans l'hydrogel. Ces résultats suggèrent qu’en influençant la diffusion du soluté, l'effet direct des cations sur la structure du gel (compression et/ou gonflement induits) était beaucoup plus efficace que l'effet Donnan. De même, pour un biofilm bactérien, les coefficients d'autodiffusion étaient pratiquement constants sur toute une gamme de force ionique (10-4-10-1 M), aussi bien pour des petits solutés chargés négativement ou positivement (le rapport du coefficient d’autodiffusion dans biofilm sur celui dans la solution, Db/Dw ≈ 85 %) que pour des nanoparticules (Db/Dw≈ 50 %), suggérant que l'effet d'obstruction des biofilms l’emporte sur l'effet de charge. Les résultats de cette étude ont montré que parmi les divers facteurs majeurs qui affectent la diffusion dans un biofilm environnemental oligotrophe (exclusion stérique, interactions électrostatiques et hydrophobes), les effets d'obstruction semblent être les plus importants lorsque l'on tente de comprendre la diffusion du soluté. Alors que les effets de charge ne semblaient pas être importants pour l'autodiffusion de substrats chargés dans l'hydrogel d'alginate ou dans le biofilm bactérien, ils ont joué un rôle clé dans la compréhension de la diffusion à travers l’agarose. L’ensemble de ces résultats devraient être très utiles pour l'évaluation de la biodisponibilité des contaminants traces et des nanoparticules dans l'environnement.

Paradigm Shift in European Intellectual Property Law? From Microsoft to Linux

"L’auteure Lucie Guibault aborde la question des ""logiciels libres"" dans le cadre des droits d’auteurs et des brevets. Ces logiciels sont des programmes informatiques qui sont gratuitement distribués au public, dont la modification et la redistribution sont fortement encouragées, mais dont la vente ou la commercialisation est découragée ou même carrément prohibée. Ces caractéristiques particulières distinguent les logiciels libres des ""programmes propriétés"" traditionnels, qui se basent sur le principe que le créateur d’un programme en possède les droits de propriété et qu’il est le seul autorisé à le modifier ou le vendre, sous réserve de sa capacité à faire cession de ces droits. Les logiciels libres sont fondés sur une idéologie de coopération, qui promeut la propagation des idées et des connaissances et qui favorise ainsi la création de meilleurs logiciels. L’auteure présente les grandes caractéristiques des trois principales licences de logiciels libres, soit la ""General Public License"", la licence ""Berkeley Software Distribution"" et la ""Mozilla Public License"". Elle soutient que ces logiciels libres et les régimes normatifs qui les encadrent sont à l’origine d’un changement de paradigme au sein des régimes européens et hollandais de protection des droits d’auteurs et des brevets. La première partie de l’article analyse les régimes des droits d’auteur des trois licences de logiciels libres. L’auteure souligne que ces régimes ont été établis en se basant sur la prémisse qu’il n’y a pas de distinction significative entre les créateurs et les utilisateurs de logiciels libres. Les régimes normatifs reflètent cette situation en prévoyant un ensemble de droits et d’obligations pour les utilisateurs dans le cadre de l’utilisation, de la reproduction, de la modification et de la redistribution gratuite des logiciels libres. L’auteur explique comment ces régimes normatifs s’intègrent au sein de la législation européenne et hollandaise, entre autre au niveau du droit de propriété, du droit commercial, du droit des communications et du droit des obligations. L’auteur démontre que, de façon générale, ces régimes normatifs législatifs semblent s’être adéquatement adaptés aux nouvelles réalités posées par les règles de droits d’auteurs des logiciels libres. La seconde partie aborde la problématique du droit des brevets, tel que défini par la législation européenne et hollandaise. La plupart des utilisateurs et créateurs de logiciels libres s’opposent aux régimes de brevets traditionnels, qui limitent l’innovation et les possibilités de développement techniques. L’auteur décrit les différents régimes alternatifs de brevets offerts par les trois licences de logiciels libres. De plus, l’auteur présente l’encadrement légal pour ces nouveaux brevets, tel que défini par les législations européennes et hollandaises. Elle soutient que cet encadrement légal est inadéquat et qu’il n’est pas adapté aux besoins des utilisateurs de logiciels libres."

High-amylose carboxymethyl starch matrices for oral sustained drug-release : in vitro and in vivo evaluation

Les amidons non modifiées et modifiés représentent un groupe d’excipients biodégradables et abondants particulièrement intéressant. Ils ont été largement utilisés en tant qu’excipients à des fins diverses dans des formulations de comprimés, tels que liants et/ou agents de délitement. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose atomisé (SD HASCA) a été récemment proposé comme un excipient hydrophile à libération prolongée innovant dans les formes posologiques orales solides. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose amorphe (HASCA) a d'abord été produit par l'éthérification de l'amidon de maïs à haute teneur en amylose avec le chloroacétate. HASCA a été par la suite séché par atomisation pour obtenir le SD HASCA. Ce nouvel excipient a montré des propriétés présentant certains avantages dans la production de formes galéniques à libération prolongée. Les comprimés matriciels produits à partir de SD HASCA sont peu coûteux, simples à formuler et faciles à produire par compression directe. Le principal objectif de cette recherche était de poursuivre le développement et l'optimisation des comprimés matriciels utilisant SD HASCA comme excipient pour des formulations orales à libération prolongée. A cet effet, des tests de dissolution simulant les conditions physiologiques du tractus gastro-intestinal les plus pertinentes, en tenant compte de la nature du polymère à l’étude, ont été utilisés pour évaluer les caractéristiques à libération prolongée et démontrer la performance des formulations SD HASCA. Une étude clinique exploratoire a également été réalisée pour évaluer les propriétés de libération prolongée de cette nouvelle forme galénique dans le tractus gastro-intestinal. Le premier article présenté dans cette thèse a évalué les propriétés de libération prolongée et l'intégrité physique de formulations contenant un mélange comprimé de principe actif, de chlorure de sodium et de SD HASCA, dans des milieux de dissolution biologiquement pertinentes. L'influence de différentes valeurs de pH acide et de temps de séjour dans le milieu acide a été étudiée. Le profil de libération prolongée du principe actif à partir d'une formulation de SD HASCA optimisée n'a pas été significativement affecté ni par la valeur de pH acide ni par le temps de séjour dans le milieu acide. Ces résultats suggèrent une influence limitée de la variabilité intra et interindividuelle du pH gastrique sur la cinétique de libération à partir de matrices de SD HASCA. De plus, la formulation optimisée a gardé son intégrité pendant toute la durée des tests de dissolution. L’étude in vivo exploratoire a démontré une absorption prolongée du principe actif après administration orale des comprimés matriciels de SD HASCA et a montré que les comprimés ne se sont pas désintégrés en passant par l'estomac et qu’ils ont résisté à l’hydrolyse par les α-amylases dans l'intestin. Le deuxième article présente le développement de comprimés SD HASCA pour une administration orale une fois par jour et deux fois par jour contenant du chlorhydrate de tramadol (100 mg et 200 mg). Ces formulations à libération prolongée ont présenté des valeurs de dureté élevées sans nécessiter l'ajout de liants, ce qui facilite la production et la manipulation des comprimés au niveau industriel. La force de compression appliquée pour produire les comprimés n'a pas d'incidence significative sur les profils de libération du principe actif. Le temps de libération totale à partir de comprimés SD HASCA a augmenté de manière significative avec le poids du comprimé et peut, de ce fait, être utilisé pour moduler le temps de libération à partir de ces formulations. Lorsque les comprimés ont été exposés à un gradient de pH et à un milieu à 40% d'éthanol, un gel très rigide s’est formé progressivement sur leur surface amenant à la libération prolongée du principe actif. Ces propriétés ont indiqué que SD HASCA est un excipient robuste pour la production de formes galéniques orales à libération prolongée, pouvant réduire la probabilité d’une libération massive de principe actif et, en conséquence, des effets secondaires, même dans le cas de co-administration avec une forte dose d'alcool. Le troisième article a étudié l'effet de α-amylase sur la libération de principe actif à partir de comprimés SD HASCA contenant de l’acétaminophène et du chlorhydrate de tramadol qui ont été développés dans les premières étapes de cette recherche (Acetaminophen SR et Tramadol SR). La modélisation mathématique a montré qu'une augmentation de la concentration d’α-amylase a entraîné une augmentation de l'érosion de polymère par rapport à la diffusion de principe actif comme étant le principal mécanisme contrôlant la libération de principe actif, pour les deux formulations et les deux temps de résidence en milieu acide. Cependant, même si le mécanisme de libération peut être affecté, des concentrations d’α-amylase allant de 0 UI/L à 20000 UI/L n'ont pas eu d'incidence significative sur les profils de libération prolongée à partir de comprimés SD HASCA, indépendamment de la durée de séjour en milieu acide, le principe actif utilisé, la teneur en polymère et la différente composition de chaque formulation. Le travail présenté dans cette thèse démontre clairement l'utilité de SD HASCA en tant qu'un excipient à libération prolongée efficace.

Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.

Biogenesis of the C. elegans germline syncytium: from nucleation to maturation

La vie commence par la fusion des gamètes pour générer un zygote, dans lequel les constituants à la fois de l'ovocyte et des spermatozoïdes sont partagés au sein d'un syncytium. Le syncytium consiste en des cellules ou tissus dans lesquels des cellules nucléées individuelles distinctes partagent un cytoplasme commun. Alors que l’avantage du syncytium durant la fécondation est tout à fait évident, les syncytia se produisent également dans de nombreux contextes de développement différents dans les plantes, les champignons et dans le règne animal, des insectes aux humains, pour des raisons qui ne sont pas immédiatement évidentes. Par exemple, la lignée germinale de nombreuses espèces de vertébrés et d'invertébrés, des insectes aux humains, présente une structure syncytiale, suggérant que les syncytia constituent des phases conservées de développement de la lignée germinale. Malgré la prévalence commune des syncytia, ces derniers ont cependant confondu les scientifiques depuis des décennies avec des questions telles que la façon dont ils sont formés et maintenus en concurrence avec leurs homologues diploïdes, et quels sont les avantages et les inconvénients qu'ils apportent. Cette thèse va décrire l'utilisation de la lignée germinale syncytiale de C. elegans afin d'approfondir notre compréhension de l'architecture, la fonction et le mode de formation des tissus syncytiaux. Les cellules germinales (CGs) dans la lignée germinale de C. elegans sont interconnectées les unes aux autres par l'intermédiaire de structures appelées des anneaux de CG. En utilisant l'imagerie des cellules vivantes, nous avons d'abord analysé l'architecture syncytiale de la lignée germinale au long du développement et démontré que la maturation de l'anneau de CG se produit progressivement au cours de la croissance des larves et que les anneaux de CG sont composés de myosine II, de l'anilline canonique ANI-1, et de la courte isoforme d’anilline ANI-2, qui n'a pas les domaines de liaison à l’actine et à la myosine, depuis le premier stade larvaire, L1. Parmi les composants de l'anneau de CG, ANI-2 est exprimé au cours du développement et exclusivement enrichi entre les deux CGs primordiales (CGPs) au cours de l'embryogenèse de C. elegans, indiquant qu’ANI-2 est un composant bona fide des anneaux de CG. Nous avons en outre montré que les anneaux de CG sont largement absents dans les animaux mutants pour ani-2, montrant que leur maintien repose sur l'activité d'ANI-2. Contrairement à cela, nous avons trouvé que la déplétion d’ANI-1 a augmenté à la fois le diamètre des anneaux de CG et la largeur du rachis. Fait intéressant, la déplétion d’ANI-1 dans les mutants d’ani-2 a sauvé les défauts d'anneaux de CG des gonades déficientes en ani-2, ce qui suggère que l'architecture syncytiale de la lignée germinale de C. elegans repose sur un équilibre de l'activité de ces deux protéines Anilline. En outre, nous avons montré que lors de leur entrée à l'âge adulte, les mutants ani-2 présentent de sévères défauts de multinucléation des CGs qui découlent de l'effondrement des membranes de séparation des CGs individuelles. Cette multinucléation a coïncidé avec le début de la diffusion cytoplasmique, dont le blocage réduit la multinucléation des gonades mutantes pour ani-2, suggérant que les anneaux de CG résistent au stress mécanique associé au processus de diffusion cytoplasmique. En accord avec cela, nous avons trouvé aussi que la gonade peut soutenir la déformation élastique en réponse au stress mécanique et que cette propriété repose sur la malléabilité des anneaux de CGs. Dans une étude séparée afin de comprendre le mécanisme de formation du syncytium, nous avons suivi la dynamique de division de la cellule précurseur de la lignée germinale, P4 en deux CGP dans l’embryon de C. elegans. Nous avons démontré que les CGPs commencent la cytocinèse de manière similaire aux cellules somatiques, en formant un sillon de clivage, qui migre correctement et transforme ainsi l'anneau contractile en anneau de « midbody ring » (MBR), une structure qui relie de manière transitoire les cellules en division. Malgré cela, les CGPs, contrairement à leurs homologues somatiques, ne parviennent pas à accomplir la dernière étape de la cytocinèse, qui est la libération abscission-dépendante du MBR. Au lieu de cela, le MBR persiste à la frontière entre les CGPs en division et subit une réorganisation et une maturation pour se transformer finalement en structures en forme d'anneau qui relient les cellules en division. Nous montrons en outre que les composants du MB/MBR; UNC-59Septin, CYK-7, ZEN-4Mklp1, RHO-1RhoA sont localisés à des anneaux de CG au long du développement de la lignée germinale du stade L1 à l'âge adulte, ce qui suggère que les anneaux de CG sont dérivés des MBR. Bien qu'il reste encore beaucoup à faire pour comprendre pleinement le mécanisme précis de la formation du syncytium, le maintien, ainsi que la fonction du syncytium, nos résultats appuient un modèle dans lequel la stabilisation du MBR et la cytocinèse incomplète pourraient être une option conservée dans l’évolution pour la formation du syncytium. En outre, notre travail démontre que les régulateurs de la contractilité peuvent jouer un rôle dans la maturation et l’élasticité de l'anneau de CG au cours du développement de la lignée germinale, fournissant un ajout précieux pour une plus ample compréhension de la syncytiogenèse et de sa fonction.

The Role of Diffusion in ISOL Targets for the Production of Radioactive Ion Beams

On line isotope separation techniques (ISOL) for production of ion beams of short-lived radionuclides require fast separation of nuclear reaction products from irradiated target materials followed by a transfer into an ion source. As a first step in this transport chain the release of nuclear reaction products from refractory metals has been studied systematically and will be reviewed. High-energy protons (500 - 1000 MeV) produce a large number of radionuclides in irradiated materials via the nuclear reactions spallation, fission and fragmentation. Foils and powders of Re, W, Ta, Hf, Mo, Nb, Zr, Y, Ti and C were irradiated with protons (600 - 1000 MeV) at the Dubna synchrocyclotron, the CERN synchrocyclotron and at the CERN PS-booster to produce different nuclear reaction products. The main topic of the paper is the determination of diffusion coefficients of the nuclear reaction products in the target matrix, data evaluation and a systematic interpretation of the data. The influence of the ionic radius of the diffusing species and the lattice type of the host material used as matrix or target on the diffusion will be evaluated from these systematics. Special attention was directed to the release of group I, II and III-elements. Arrhenius plots lead to activation energies of the diffusion process.

Low Temperature Curing of NBR for Property Improvement

Zinc salts of ethyl, isopropyl, and butyl xanthates are prepared in the laboratory, and the effect of these xanthates with zinc diethyl dithiocarbamate (ZDC) on the vulcanization of HAF-filled nitrile butadiene rubber (NBR) compounds has been studied at different temperatures. The cure times of these compounds have been compared with that of NBR compounds containing TMTD/MBTS. The rubber compounds with the three xanthate accelerators and ZDC are cured at various temperatures from 60 to 150°C. The sheets are molded and properties such as tensile strength, tear strength, cross-link density, elongation at break, compression set, abrasion resistance, flex resistance, etc. have been evaluated. The properties show that zinc salt of the xanthate/ZDC accelerator system has a positive synergistic effect on the cure rate and mechanical properties of NBR compounds.

Effect of Silane Coupling Agent on Cure Characteristics and Mechanical Properties of Nitrile Rubber/Reclaimed Rubber Blend

Blends of nitrile rubber and reclaimed rubber containing different levels of a coupling agent, Si 69 (bis(3- triethoxysilyl propyl)(tetrasulphide) were prepared and the cure characteristic's and mechanical properties were studied. Optimum loading of Si-69 was found to be a function of blend ratio. 3 phi- of Si 69 in a 70:30. Blend was found to be the optimum combination with respect to the mechanical properties. The rate and state of cure were also affected bv the conp/ing agent. Tensile strength, tear strength and abrasion resistance were improved in the presence of coupling agent. While the state of cure improved, the cure rate and scorch time decreased with increasing silane content. Ageing studies showed that the blends containing the coupling agent were inferior to the unmodified blends.

Studies on the Utilisation of Rubber Reclaim in Elastomers

The thesis describes utilisation of reclaimed rubber, Whole Tyre Reclaim (WTR) produced from bio non- degradable solid pollutant scrap and used tyres. In this study an attempt has made to optimize the substitution of virgin rubber with WTR in both natural and synthetic rubber compounds without seriously compromising the important mechanical properties. The WTR is used as potent source of rubber hydrocarbon and carbon black filler. Apart from natural rubber (NR), Butadiene rubber (BR), Styrene butadiene rubber (SBR), Acrylonitrile butadiene rubber (NBR) and Chloroprene rubber (CR) were selected for study, being the most widely used general purpose and specialty rubbers. The compatibility problem was addressed by functionalisation of WTR with maleic anhydride and by using a coupling agent Si69.The blends were systematically evaluated with respect to various mechanical properties. The thermogravimetric analyses were also carried out to evaluate the thermal stability of the blends.Mechanical properties of the blends were property and matrix dependant. Presence of reinforcing carbon black filler and curatives in the reclaimed rubber improved the mechanical properties with the exception of some of the elastic properties like heat build up, resilience, compression set. When WTR was blended with natural rubber and synthetic rubbers, as the concentration of the low molecular weight, depolymerised WfR was increased above 46-weight percent, the properties deteriorates.When WTR was blended with crystallizing rubbers such as natural rubber and chloroprene rubber, properties like tensile strength, ultimate elongation were decreased in presence of WTR. Where as in the case of blends of WTR with non-crystallizing rubbers reinforcement effect was more prominent.The effect of functionalisation and coupling agent was studied in three matrices having different levels of polarity(NBR, CR and SBR).The grafting of maleic anhydride on to WTR definitely improved the properties of its blends with NBR, CR and SBR, the effect being prominent in Chloroprene rubber.Improvement in properties of these blends could also achieved by using a coupling agent Si69. With this there is apparent plasticizing effect at higher loading of the coupling agent. The optimum concentration of Si69 was 1 phr for improved properties, though the improvements are not as significant as in the case of maleic anhydride grafting.Thermal stability of the blend was increased by using silane-coupling agent.

Studies on short Nylon-6 fiber - elastomer composites with epoxy resin as bonding agent

The thesis describes the development and evaluation of epoxy resin as interfacial bonding agent for short Nylon-6 fiber elastomer composites. Epoxy resin is well known for its adhesive property. The potential use of it as interfacial bonding agent in short fiber composite is not explored yet. Three rubbers viz., acrylonitrile butadiene rubber (NBR), Neoprene rubber (CR) and styrene butadiene rubber (SBR) were selected and different fiber loading were tried. The resin concentration was optimized for each fiber loading with respect to cure characteristics and mechanical properties. Rheological characteristics and thermal degradation of the composites containing different fiber loading and different resin concentrations were studied in detail to find the effect of epoxy resin bonding system. The mechanical properties were studied in detail. The short Nylon -6 fiber improved most of the mechanical properties of all the three rubbers. Tensile strength showed a dip at 10 phr fiber loading in the case of CR while it was continuously increased with fiber loading in the case of NBR and SBR. All the composites showed anisotropy in mechanical properties. The epoxy resin is an effective bonding agent for short Nylon -6 fiber reinforced NBR and CR composites. Epoxy resin improved tensile strength, abrasion resistance and modulus of these composites. SEM studies confirmed the improved bonding of fiber and matrix in the presence of epoxy bonding agent. Epoxy resin was not effective as bonding agent in the case of short Nylon fiber- SBR composite. From the rheological studies of the composites with and without bonding agent it was observed that all the composite exhibited pseudoplasticity, which decreased with temperature. At higher shear rates all the mixes showed plug flow. SEM pictures showed that maximum orientation of fibers occured at a shear rate, just before the onset of plug flow. The presence of fiber reduced the temperature sensitivity of the flow at a given shear rate. Die swell was reduced in the presence of fiber. Shear viscosity of the composite was increased in the presence of resin. Die swell was increased in the presence of epoxy resin for composites at all shear rates. The thermal degradation of NBR and SBR composites with and without bonding agent followed single step degradation pattern. Thermal stability of the composites was improved in the presence of bonding agent. The degradation of virgin elastomer and the composites followed first order kinetics.

Evaluation of Magnetic,Dielectric and Mechanical Properties of Rubber Ferrite Composites

In the present study the preparation and characterisation of rubber ferrite composites (RFC) containing barium ferrite (BaF) and strontium ferrite (SrF) have been dealt with. The incorporation of the hard ferrites into natural and nitrile rubber was carried out according to a specific recipe for various loadings of magnetic fillers. For this, the ferrite materials namely barium ferrite and strontium ferrite having the general formula MO6Fe2O3 have been prepared by the conventional ceramic techniques. After characterisation they were incorporated into the natural and nitrile rubber matrix by mechanical method. Carbon black was also incorporated at different loading into the rubber ferrite composites to study its effect on various properties. The cure characteristics, mechanical, dielectric and magnetic properties of these composites were evaluated. The ac electrical conductivity of both the ceramic ferrites and rubber ferrite composites were also calculated using a simple relation. The investigations revealed that the rubber ferrite composites with the required dielectric and magnetic properties can be obtained by the incorporation of ferrite fillers into the rubber matrix, without compromising much on the processability and mechanical properties.

On the magnetic, mechanical and rheological properties of rubber–nickel nanocomposites

Rubber–nickel nanocomposites were synthesized by incorporating freshly prepared nanometric nickel particles in two different matrices namely natural rubber and neoprene rubber according to specific recipes for various loadings of nano nickel and the cure characteristics of these composites were evaluated. The maximum torque values register an increase with the increase in loading of nickel in both composites and this is attributed to the non-interacting nature of nickel nanoparticles with rubber matrices. The cure time of natural rubber composites decreases with increase in the content of nickel, and in neoprene rubber cure, time increases with increase in filler content. In natural rubber, the curing reaction seems to be activated by the presence of nickel particles. The magnetization studies of the composites reveal that the magnetic properties of nickel are retained in the composite samples. The elastic modulus of natural rubber and neoprene rubber are largely improved by the incorporation of nickel particles

Cure Characteristics and Mechanical Properties of Rubber Ferrite Composites Based on Nano-Nickel Ferrites

Ultra fine nickel ferrite have been synthesized by the sol-gel method. By heat treating different portions of the prepared powder separately at different temperatures, nano-sized particles of nickel ferrite with varying particle sizes were obtained. These powders were characterised by the X-ray diffraction and then incorporated in the nitrile rubber matrix according to a specific recipe for various loadings. The cure characteristics and the mechanical properties of these rubber ferrite composites (RFCs) were evaluated. The effect of loading and the grain size of the filler on the cure characteristics and tensile properties were also evaluated. It is found that the grain size and porosity of the filler plays a vital role in determining the mechanical properties of the RFCs

Apatite-Polymer Composites for the Controlled Dual Delivery of BMP-2 and BMP-6 for Bone Tissue Engineering

The release of growth factors from tissue engineering scaffolds provides signals that influence the migration, differentiation, and proliferation of cells. The incorporation of a drug delivery platform that is capable of tunable release will give tissue engineers greater versatility in the direction of tissue regeneration. We have prepared a novel composite of two biomaterials with proven track records - apatite and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) – as a drug delivery platform with promising controlled release properties. These composites have been tested in the delivery of a model protein, bovine serum albumin (BSA), as well as therapeutic proteins, recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and rhBMP-6. The controlled release strategy is based on the use of a polymer with acidic degradation products to control the dissolution of the basic apatitic component, resulting in protein release. Therefore, any parameter that affects either polymer degradation or apatite dissolution can be used to control protein release. We have modified the protein release profile systematically by varying the polymer molecular weight, polymer hydrophobicity, apatite loading, apatite particle size, and other material and processing parameters. Biologically active rhBMP-2 was released from these composite microparticles over 100 days, in contrast to conventional collagen sponge carriers, which were depleted in approximately 2 weeks. The released rhBMP-2 was able to induce elevated alkaline phosphatase and osteocalcin expression in pluripotent murine embryonic fibroblasts. To augment tissue engineering scaffolds with tunable and sustained protein release capabilities, these composite microparticles can be dispersed in the scaffolds in different combinations to obtain a superposition of the release profiles. We have loaded rhBMP-2 into composite microparticles with a fast release profile, and rhBMP-6 into slow-releasing composite microparticles. An equi-mixture of these two sets of composite particles was then injected into a collagen sponge, allowing for dual release of the proteins from the collagenous scaffold. The ability of these BMP-loaded scaffolds to induce osteoblastic differentiation in vitro and ectopic bone formation in a rat model is being investigated. We anticipate that these apatite-polymer composite microparticles can be extended to the delivery of other signalling molecules, and can be incorporated into other types of tissue engineering scaffolds.

Subcutaneous study on the controlled release of Etanidazole and Taxol for the treatment of Glioma

BALB/c nude mice 6 weeks old were inoculated with glioma C6 cell-line and the efficacy of the different amount of Etanidazole-discs and Taxol-microspheres was investigated. Poly (D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) was used as the main encapsulating polymer and polyethylene glycol was added to increase the porosity. The 1% drug loading microspheres of each drug were produced by spray drying and the discs were obtained by compressing the Etanidazole-microspheres. Intra-tumoral injection followed by irradiation resulted in high systemic dosage and thus systemic toxicity. Tumors grown for 6 days, 9 days and 16 days were implanted with 0.5 mg or 1.0 mg or 1.5 mg of the drug. A radiation dosage of 2 Gy each time for a number of times was given for animals implanted with Etanidazole and no irradiation was given for animals implanted with Taxol. Increasing the number of doses clearly decreased the rate of tumor growth. The increase in the amount of drug on smaller sized tumors controlled the tumor better and there was agglomeration of the microspheres resulting in deviation of release profile of the drug as compared to the in vitro studies. It was observed that 1.0 mg of Taxol given to a tumor grown for 6 days was able to suppress the tumor for a total period of approximately two months and no tumor resurrection was observed during the second month.