Faculté des sciences

Self-organizing properties of dendrimers and potential applications

Losson, Myriam ; Descheneaux, R (Dir.) ; Pugin, R (Codir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2005 ; 1865.

Nanotechnology is an interdisciplinary field merging on fundamental and applied research at the boundary between physical and chemical sciences, engineering and life sciences. Being based on a bottom-up approach this thesis has mainly studied the possibility of using commercial dendrimers in the arrangement of cyanine into J-Aggregates structures. Moreover, the potential of newly synthesized... More

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    Résumé
    La nanotechnologie est une science fondamentale et appliquée, à la frontière entre la physique, la chimie, l’ingénierie et les sciences de la vie. Basée sur une approche dite “bottom-up” cette thèse a permis, dans un premier temps, d’étudier la possibilité d’utiliser une matrice de dendrimères commerciaux (PAMAM) afin de promouvoir l’auto-organisation de cyanines en agrégats-J. Parallèlement à cette thématique, nous nous sommes aussi intéressés à l’étude des propriétés d’auto-assemblage de dendrimères amphiphiles synthétisés par le groupe du Professeur Diederich dans le cadre de la recherche de nouveaux vecteurs non-viraux en thérapie génique. Dans la première partie de la thèse, nous avons proposé un nouveau procédé d’auto-organisation de cyanines en agrégats-J. Nous avons montré que cette méthode d’auto-organisation développée était plus simple, plus reproductible et plus robuste que celles habituellement utilisées. De plus, cette méthode a pu facilement être appliquée à différents supports (or, verre,…) nous permettant d’obtenir une grande diversité de matériaux présentant de nouvelles propriétés optiques très intéressantes. Nous avons également montré que ce système dendrimers/agrégats-J pouvait être utilisé comme détecteur de molécules de paraquat grâce à un transfert d’électron entre un état excité de l’agrégat et la molécule à détecter. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons étudié les propriétés d’auto-assemblage de dendrimères amphiphiles à l’interface air/eau, en utilisant la technique Langmuir-Blodgett ainsi que la microscopie à l’angle de Brewster. Nous avons pu mettre en évidence l’influence du pH sur les interactions intermoléculaires et observer qualitativement les intéractions électrostatiques à l’interface air/eau entre une monocouche de TG1G1 et de l’ADN (plasmide). Les mesures effectuées en microscopie à force atomique ont confirmé la capacité des dendrimères TG1G1 à condenser de l’ADN sous forme de polyplexes bien définis. Suite à ces investigations, les expériences en cryo-microscopie électronique à transmission ont permis une meilleure évaluation de la structure des polyplexes TG1G1/ADN et TG2G1/ADN. Elles ont aussi permises de proposer un mécanisme possible de condensation de l’ADN, dépendant de la structure du dendrimère, dans des conditions de milieu tamponné.
    Summary
    Nanotechnology is an interdisciplinary field merging on fundamental and applied research at the boundary between physical and chemical sciences, engineering and life sciences. Being based on a bottom-up approach this thesis has mainly studied the possibility of using commercial dendrimers in the arrangement of cyanine into J-Aggregates structures. Moreover, the potential of newly synthesized dendrimers self-assembled and to aid DNA-condensing for genetic therapy development has been evaluated. In the thesis a new J-aggregation process on dendrimer templates has been proposed. This new process has demonstrated to be more reproducible, simple and robust than currently used methods. Moreover, the process could be easily adapted to different substrates (gold, glass, metal oxides). As a possible application, the dendrimer/J-aggregate layers have been used as sensors for the detection of Paraquat by electron transfer from the excited J-aggregate to Paraquat. After promising biological investigations, the self-assembly properties of a new class of amphiphilic dendrimers were investigated at the air-water interface using Langmuir-Blodgett techniques and Brewster Angle Microscopy. The influence of pH on amphiphiles configurations and the electrostatic dendrimer/DNA interactions were qualitatively observed. Atomic Force Microscopy measurements confirmed the propensity of dendrimer TG1G1 to strongly condense DNA into well defined polyplexe. Additional cryogenic Transmission Electron Microscopy has also allowed better evaluation of the conformation of TG1G1/DNA and TG2G1/DNA plasmid polyplexes and of the DNA condensation mechanisms under buffer conditions. Therefore, when considering the biological applications, our results show a promising future to such dendritic molecules in the development of genetic therapy.